Периодические геологические события и их влияние на вымирание и появление организмов

Земля - динамично, но отнюдь не хаотично развивающийся объект. Ученые заметили, что многие геологические процессы протекают с определенной периодичностью. По мнению Е.Е.Милановского (1995), существует "многоуровневая иерархическая система пульсационных циклов разных рангов и длительности". Так, цикличность кимберлитового и траппового плитного магма­тизма исчисляют по-разному: Б.А.Мальков обосновывает периодичность этих процессов в 215 млн. лет колебаниями системы Земля - Луна; В.Ф.Кривонос считает периоды кимберлитооб-

разования короче (40-45 млн. лет) и делит их на 20 циклов; В.А.Милашев выделяет 17 эпох этого процесса, связывая их с пересечением Солнечной системой магнитных и радиационных поясов, что возбуждает электромагнитные потоки в земных недрах. Н.Л.Добрецов (1993) считает, что в геологической истории доминирует периодичность 30-35 млн. лет, связанная с глубинной геоди­намикой (периодические мантийные суперплюмы на границе ядро - мантия).

Периодический характер имело также возрастание радиоактивности, влиявшее на ход биоло­гических процессов. По мнению С.Г.Неручева (1999), радиоактивность как сильный мутагенный фактор, была главной причиной проявления крупных биологических событий в истории Земли; Многие черносланцевые породы накапливались в морских или озерных бассейнах, концентрация водорастворенного урана в которых превышала нормальную для современного океана, по крайней мере, в десятки - сотни раз. На континентах в то же самое время накапливались обогащенные органическим веществом радиоактивные речные осадки, концентрация урана в которых превыша­ет кларковую в тысячи - десятки тысяч раз. Высокая радиоактивность среды в эти кратковременные эпохи (1-3 млн. лет) была, по мнению С.Г.Неручева, причиной интенсивного вымирания существо­вавших и быстрого возникновения новых видов фауны и флоры. Особенно интенсивно мутацион­ный процесс шел, по мнению В.М.Подобиной и Г.М.Татьянина (Эволюция.., 1997), в активных зо­нах Земли (рифты, глубинные разломы и т.п.).

Наиболее обоснованное детальное представление о палеобиологических событиях дают в
последние годы работы Дж. Сепкоски (1984-1990). Однако их недостатком является освещение
только одной стороны мутационного процесса - вымирания фауны, хотя не менее важной являет­ся оценка и другой его стороны - возникновения новых видов фауны и флоры. Именно поэтому,
например, Дж. Сепкоски не выделил очень крупное биологическое событие на границе венда -
кембрия, которое характеризуется не вымиранием, а внезапным 'появлением первой в истории
Земли скелетной фауны во время накопления радиоактивных черных сланцев и иридия.

Некоторые исследователи отмечают большую роль космических факторов в изменении био­сферы. В 1980 г. появилась гипотеза Л.В.Альвареса с сотрудниками о внезапном ультракатастрофическом вымирании фауны на границе мела и палеогена в результате удара о Землю и взрыва крупного космического тела. Она была высказана на основании того, что источником повышенной концентрации 1г в пограничном слое могло быть якобы только внеземное, космическое вещество взорвавшегося астероида. Однако уже через три года было установлено, что из вулкана Килауэа без какого-либо участия космоса, вместе с газами поступают иридий и другие элементы, характер­ные для пограничного слоя. Стало быть, мантия Земли во время интенсивного базальтового вулка­низма, который имел место в конце мела, могла быть не менее вероятным, чем космос, источни­ком поступления иридия на поверхность Земли.

Палеонтологические данные не подтверждают мгновенного вымирания фауны. В конце мела вымирание (рудистов, иноцерамов, аммонитов и др.) не было мгновенным, а происходило в тече­ние 1-2 млн. лет до отложения пограничного слоя с иридием. Вымирание динозавров также было весьма длительным и завершилось не позднее чем за 200-150 тыс. лет до предполагаемого взрыва астероида. С пограничным слоем и Ir-аномалией, по детально изученным разрезам, совпадало вы­мирание только некоторых видов меловых планктонных фораминифер, что было лишь последним незначительным эпизодом в общем событии позднемелового вымирания фауны. Но и этот факт вписывается в общую картину из-за наличия скрытого перерыва в изученных глубоководных раз­резах осадков на границе мела - палеогена.

Р.Мак-Картни с соавторами (1990) обосновали гипотезу эндогенных причин происходивших массовых вымираний. К этой точке зрения их привело совпадение во времени между установлен­ными массовыми вымираниями и массированными базальтовыми излияниями, происходившими в мезокайнозое. Активное поступление мантийного материала к земной поверхности вызывало, по их мнению, усиление тектогенеза, изменение уровня моря и климата. С базальтовыми излияниями

связан вынос в тропосферу и нижнюю часть стратосферы больших объемов серы, углерода, гало­генов и пеплового материала. В результате образования сернистых аэрозолей проявлялось гло­бальное похолодание. Большие количества поступавшего СО₂ при взаимодействии с водой спо­собствовали возникновению кислотных свойств воды, проявлению карбонатного кризиса. Совмес­тно с действием галогенов и серными кислотными дождями это могло производить драматичес­кие изменения в химии океана и вызывать экологический стресс у морских организмов с кальцитовым скелетом, особенно у живущих в поверхностных водах.

По мнению многих авторов, Ir-аномалия и другие химические изменения на границе мела -палеогена лучше объясняются земным механизмом, чем ударом о Землю космического тела.

Как указывалось выше, С.Г.Неручев (1999) дает несколько другое объяснение периодичности в развитии биоты. Он обращает внимание на произошедшие в фанерозое 17 крупных событий, связанных с повышением радиоактивности среды, оживлением рифтогенеза и магматических про­цессов, в частности, базальтового вулканизма. В эти периоды шло формирование урановых место­рождений и накопление морских ураноносных черных сланцев. Следствиями этих процессов яви­лись массовые вымирания, а также появление (под влиянием радиогенных мутаций) новых таксо­нов фауны и флоры. Периодичность этих событий С.Г.Неручев тоже отождествляет с длительнос­тью галактического года примерно в 216-217 млн. лет (вслед за П.П.Паренаго и другими учеными, см. выше). В течение ГГ С.Г.Неручевым выделяются более мелкие периоды продолжительностью около 30 млн. лет. Для фанерозоя предлагается периодическая система, состоящая из трех круп­ных периодов (галактических лет) и семи рядов геобиособытий, повлиявших на периодичность в развитии органического мира.

Первое событие фиксируется на границе венда и кембрия и связано с появлением первой в истории Земли скелетной фауны в подошве свиты радиоактивных фосфоритов и черных сланцев (Казахстан, Сибирь и др.). Далее С.Г.Неручев фиксирует не только события, связанные С вымира­нием, но и с появлением новых групп фауны, приуроченные к горизонтам радиоактивных черных сланцев, фосфоритов и других пород. Нередко в этих горизонтах наблюдаются Ir-аномалии. Пос­леднее, 17-е геобиособытие, проявилось в среднем миоцене небольшим пиком интенсивности вы­мирания морской фауны.

Начиная с позднепермского события, почти все они характеризуются проявлением интенсив­ных базальтовых излияний на континентах.

Какой бы концепции ни придерживались разные исследователи - космических гипотез, асте­роидных ударов или доминирования земных причин, — важно одно — в разные годы, в разных странах различные исследователи объективно и независимо пришли к выделению в фанерозойской истории одних и тех же кризисных геобиособытий.

Если считать, что за 570 млн. лет (с начала кембрия до среднего миоцена) проявилось 17 кри­зисных геобиособытий, то их средняя периодичность составляет 33,5 млн. лет, а если 18 (есть и такая точка зрения), то 31,6 млн. лет. Периодичность континентальных базальтовых излияний для времени 0-250 млн. лет определена в 32 ± 1 млн. лет; периодичность проявления карбонатитовых интрузий - в 34 ± 2 млн. лет; кимберлитовых интрузий - в 35 ± 1 млн. лет; периодичность спре-динга - в 34 ± 2 млн. лет; падение уровня моря — 33 ± 1 млн. лет; проявление тектонических мак­симумов - в 33 ± 3 млн. лет; появление импактных кратеров - в 32 ± 2 млн. лет; проявление мас­совых вымираний - в 24-33 млн. лет.

Таким образом, средняя периодичность различных геологических, биологических и даже космических событий (падение космических тел и образование импактных кратеров), по данным разных авторов, составляет около 30 млн. лет.

В первом фанерозойском галактическом году (кембрий-девон, 216 млн. лет) проявилось семь кратковременных эпох накопления морских радиоактивных ураноносных сланцев, совпадающих с эпохами трансгрессий. С позиций тектоники плит подъем уровня моря во время трансгрессии

определяется возрастанием скорости спрединга, интенсивным поступлением мантийного матери-ала и формированием протяженных поднимающихся срединно-океанических хребтов. Это умень­шает емкость океана, определяет повышение уровня моря и трансгрессию на сушу. С этих пози-, ций формирование радиоактивных черных сланцев происходило в эпохи усиления рифтогенеза, возрастания скоростей спрединга и поступления в океаны по разломам значительных объемов мантийных базальтов. В соответствии с пульсационной гипотезой подобные события происходи­ли в эпохи расширения Земли.

Второй галактический год (начало карбона - конец юры, 216 млн. лет), как и первый, харак­теризуется проявлением семи кратковременных эпох накопления морских радиоактивных черных сланцев, семи трансгрессий и семи крупных биологических событий, которые отличаются ано-. мально высокой биопродукцией фитопланктона, интенсивным вымиранием существовавших и возникновением новых видов организмов. Почти во все эти эпохи накапливались не только чер­ные сланцы, но и иридий; интенсивно формировались промышленные месторождения урана.

Третий галактический год начался с конца юры - начала мела и продолжается до настоящего „времени. В этом пока не завершенном году проявилось пять основных эпох накопления черных ра­диоактивных сланцев, характеризующихся также повышенной концентрацией иридия и проявле¹ . нием интенсивных базальтовых излияний на континентах. В соответствии с построениями Дж.Сепкоски, всем этим пяти крупным событиям соответствуют максимумы вымирания морской фауны (на границе юры и мела, сеномана-турона, мела и палеогена, в эоцене-олигоцене и среднем-верхнем миоцене). Правильнее все же, по мнению Э.Д.Кауфмана (1986) и С.Г.Неручева (1999), го­ворить не о событиях вымирания, а о событиях возрастания интенсивности мутационного процеСт са в условиях повышенной радиоактивности среды, поскольку эти эпохи характеризуются и всплеском таксонообразования. Типичным для этих событий было также глобальное "цветение" фитопланктона, в основном цианобактерий, накапливавших уран и постепенно за счет отмирания выводивших его избыток в осадки.

Таким образом, периодическая система кризисных геобиособытий, по С.Г.Неручеву, включа-ет в себя большие периоды (галактические годы) с продолжительностью в 216-217 млн. лет и со­подчиненные им более мелкие события с периодичностью проявления около 33 млн. лет; каждое.геобиособытие следующего галактического года происходит через 216-217 млн. лет после прояв­ления его аналога в предшествовавшем галактическом году, т.е. ровно через галактический год. Земля и ее биосфера существуют и развиваются, подчиняясь строгой ритмичности, как очень сложная саморегулирующаяся космическая система. Как земной год определяется временем обра­щения Земли вокруг Солнца, так и галактический год Солнечной системы определяется временем ее обращения по эллиптической орбите вокруг центра Галактики и составляет, по астрономичес­ким расчетам П.П.Паренаго (1950, 1952), 212 млн. лет, а по абсолютной геохронологии периоди­ческих земных событий - 216-217 млн. лет.

С.Г.Неручев и другие ученые считают, что разные по продолжительности времена галакти­ческого года связаны с изменением скорости движения Солнца и Солнечной системы по галакти­ческой орбите. В апогалактии ("летом") Солнце движется со скоростью 800 км/с, в перигалактии ("зимой") - 400 км/с. Вследствие изменения масс и пульсации тел Солнечной системы, Солнце должно разогреваться в апогалактии и охлаждаться в перигалактии. Это вызывает активизацию геологических процессов "летом" и гляциальные события "зимой".

Преобладающая часть земных гляциальных событий действительно приходится на "осенне-зимний" период при снижении абсолютной скорости Солнца (оледенения конца ордовика - нача­ла силура, конца перми - начала триаса, раннеюрское гляциальное событие, палеогеновые и нео­геновые гляциальные события) (рис. 28). В противоположность этому "весенне-летний" период характеризуется проявлением активного углеобразования и угленакопления, формированием во втором и третьем галактических годах более 70% мировых запасов углей.

Таким образом, между апогалактием ("лето") и перигалактием ("зима"), т.е. во время большей части галактического года происходит спокойная эволюция земной коры и биосферы, нарушаемая каждые 30 млн. лет проявлением кризисов, скач­ков в развитии подчиненного значения. Законо­мерная периодичность проявления кризисов в развитии Земли и ее биосферы, как и продолжи­тельность галактического года, несомненно обус­ловлены влиянием космоса. В указанную перио­дичность вписываются и импактные события, т.е. образование кратеров вследствие ударов о Землю космических тел.

Таким образом, наиболее вероятная косми­ческая причина кризисных событий усматривает­ся в регулярных пересечениях Солнечной систе­мой галактической плоскости со сгущениями ма­терии, происходящих каждые 33 ± 3 млн. лет вследствие вертикальной осцилляции Солнца при движении по орбите вокруг центра Галактики.

Изучение этих и других периодических про­цессов в литосфере и биосфере нашей планеты продолжается и, возможно, приведет в дальней­шем, при накоплении достаточного количества данных, к пересмотру принципов построения гло­бальной геохронологической шкалы.

Г л а в а 3 ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ