Сохранение остатков животных в ископаемом состоянии

Введение

Палеонтология – наука биологического цикла, изучающая органический мир прошлых геологических эпох и закономерности его развития в тесной связи с изучением истории развития Земли.

Изучение органического мира прошлого основывается на изучении любых сохранившихся остатков древних растений и животных или следов их жизнедеятельности, называемых окаменелостями или ископаемыми остатками. Слово палеонтология в переводе с греческого означает учение о древних организмах.

При описании органического мира используют понятия фауна и флора. Фауной называют исторически сложившуюся совокупность видов животных, а флорой – растений, приуроченных к определенному местообитанию либо к определенному геологическому времени. Так, мы говорим о фауне Европы или Азии, о морской и наземной фауне, о флоре юрского периода или фауне силура.

Остатки организмов сохраняются в осадочных породах только при благоприятных условиях захоронения и при наличии минерального или органического скелета. В настоящее время на Земле существует > 1.5 млн. видов животных и растений, но после гибели они исчезают бесследно, если не попадут в благоприятные условия для их сохранения, поэтому в ископаемом состоянии сохраняется лишь незначительная часть от большого числа ранее существовавших организмов. Лучше сохраняются остатки организмов обладающих твёрдым минеральным скелетом. Это особенно наглядно видно на примере членистоногих, число видов которых в настоящее время приближается к

1 млн., а в ископаемом состоянии сохранилось не более 1 % . И хотя палеонтологическая летопись неполна и несовершенна, она, тем не менее, служит единственным источником наших знаний о событиях, происходивших на Земле в течение многих миллионов лет. Палеонтология связана с зоологией и ботаникой, изучающими морфологию и анатомию современных организмов, с биостратиграфией, исторической геологией, литологией, поскольку изучение органических остатков, заключённых в осадочных породах с одной стороны позволяет выяснять их происхождение (морские или континентальные осадки), восстанавливать биологические зоны моря, восстанавливать картины жизни прошлых геологических эпох, а с другой стороны, позволяет использовать ископаемые остатки для выяснения относительного геологического возраста изучаемых слоёв (основная задача палеонтологии).

Вторая не менее важная задача палеонтологии – восстановление всей картины развития вымершего органического мира по любым сохранившимся остаткам организмов. В неё входят: восстановление возникновения организмов, вымирания разных групп, выяснение путей их расселения по земному шару, изучение их биологии. Чем полнее будет восстановлена история развития основных ветвей организмов, тем больше возможностей использования этих данных для геохронологии, а через неё – для биостратиграфии и исторической геологии.

Разделы палеонтологии тесно связаны друг с другом.

Палеонтология (палеозоология) беспозвоночных занимается изучением всех ископаемых животных, за исключением хордовых. Беспозвоночные были выделены Жаном Ламарком в начале XIX в. как систематическая категория Invertebrata, в противоположность позвоночным – Vertebrata. Среди ископаемых беспозвоночных известны следующие типы: саркодовые, губки, археоциаты, книдарии, черви, моллюски, членистоногие, мшанки, брахиоподы, иглокожие, полухордовые. Палеонтология беспозвоночных изучает биологическое разнообразие и его изменение во времени и пространстве. Биологическое разнообразие устанавливают через морфологию и определение систематического состава.

Палеонтология (палеозоология) позвоночных изучает тип хордовых, преимущественно один из его подтипов – позвоночные. Основоположником раздела является Жорж Кювье (начало XIX в.)

Палеоботаника исследует ископаемые растения. Основоположником раздела был Александр Броньяр (начало XIX в.). Определение систематического состава более затруднено, чем животных, оттого, что разные части растений сохраняются обычно раздельно.

Микропалеонтология – изучает микрофоссилии, требующие для своего изучения технических средств в виде луп и микроскопов. Объектами среди животных являются: фораминиферы, радиолярии, остракоды, конодонты, среди низших растений – водоросли (диатомовые, кокколитофориды), среди высших растений – споры и пыльца.

Палеоэкология изучает среду обитания ископаемых организмов. Особое внимание уделяется рубежам, где происходили глобальные биологические перестройки. Эти перестройки называют биотическими событиями или палеоэкологическими кризисами.

Палеобиогеография занимается изучением пространственного распределения ископаемых животных (палеозоогеография) и растений (палеофитогеография).

Тафономия – исследует закономерности перехода живого в ископаемое состояние. Основоположником тафономии является Иван Ефремов (1940 г.). Процесс перехода осуществляется последовательно: от биоценоза (сообщество живых) к танатоценозу (сообщество мёртвых) к тафоценозу (сообщество захороненных) к ориктоценозу (сообщество ископаемых).

Биостратиграфия – тесно связана с палеонтологическим методом определения относительного возраста пород. Метод почти одновременно использовали в своих исследованиях в Англии – У. Смит, во Франции Ж. Кювье и А. Броньяр. Смита считают основоположником палеонтологического метода в геологии и основателем раздела биостратиграфии, т. к. он обосновал этот метод наиболее полно и аргументировано, вплоть до разработки принципов построения геологических карт. В биостратиграфии принята следующая последовательность операций: расчленение и корреляция отложений на основе ископаемых, определение геологического возраста по ископаемым, выделение стратиграфических и геохронологических подразделений. Одновозрастные ископаемые в одном бассейне могут отличаться, если они входят в разные экосистемы.

Сохранение остатков животных в ископаемом состоянии

Любые остатки организмов или следы их жизнедеятельности называются окаменелостями или фоссилиями, которые встречаются преимущественно в осадочных породах водного происхождения – морских, лагунных, озёрно-болотных. Реже они могут быть встречены в метаморфических породах осадочного происхождения или осадочно-вулканогенных, например, в вулканических туфах. Фоссилии распределены в осадочных породах крайне неоднородно: местами они образуют большие скопления, но часто на больших участках они отсутствуют. Очень немногие организмы сохраняются на тех местах, где обитали. К ним относятся бентосные (донные) прикреплённые, зарывающиеся, прирастающие кораллы, моллюски, иглокожие, хотя скелеты этих групп после их гибели могут отрываться от субстрата и переноситься на большие расстояния.

В неизменном состоянии остатки сохраняются в исключительных случаях (например, трупы мамонтов, сохранившиеся во льдах Сибири). Обычно они подвергаются значительным изменениям после погребения их осадками, отлагающимися в водных бассейнах.

Образование ориктоценозов

Характер перехода остатков животных из биосферы в литосферу и сохранение их в осадочных породах представляет сложный процесс. Выделяют три основных этапа перехода:

1. накопление органических остатков

2. захоронение

3. фоссилизация

1. Накопление органических остатков. Образование каждого местонахождения начинается с гибели животных. Одни организмы погибают естественной смертью, другие – от различных неблагоприятных факторов – резкого изменения температуры, солёности, извержений, наводнений, массовых заболеваний. При гибели животных трупы либо остаются на месте, либо переносятся на различные расстояния и где-то накапливаются. При участии бактерий и различных факторов среды происходит разложение мягких тканей и разрушение скелета. Органические остатки рассеиваются, переносятся морскими течениями. Скелеты и обломки многих прикреплённых организмов могут оставаться на месте обитания в прижизненном положении. Скопления остатков погибших организмов образуют танатоценоз – сообщество смерти.

Существенное значение для сохранения в ископаемом состоянии имеет наличие скелета, который может быть органическим (тектин, спонгин, хитин) и неорганическим (кальцит, арагонит, фосфат кальция).

2. Захоронение является второй стадией образования местонахождения, при которой остатки погибших организмов покрываются осадком, ограничивающим доступ кислорода. Однако процессы разрушения и разложения продолжаются и в рыхлом осадке, насыщенном водой. Захоронение органических остатков связано с процессами осадконакопления, уплотнения осадка, изменением его физико-химических свойств. Скопления органических остатков, погребённые в жидком осадке и ещё мало изменённые (нефоссилизированные) образуют тафоценоз или сообщество погребения. Тафоценозы при этом становятся членами минеральных ассоциаций осадочных пород литосферы и в качестве таковых подчиняются всем закономерностям процессов, происходящих в литосфере.

3. Фоссилизация – является завершающим этапом образования местонахождения, т. е. превращение рыхлых осадков в горную породу. Во время фоссилизации происходит изменение органических остатков, связанные с изменениями температуры и давления. Фоссилизация протекает параллельно процессу литификации и подчиняется сходным закономерностям. При фоссилизации может происходить дальнейшее уничтожение органического скелета, с другой стороны во время литификации могут идти процессы, способствующие захоронению органических остатков:

а) окаменение – заполнение минеральным веществом пор и пустот, имеющихся в различных скелетах. Этому процессу подвергаются и растения. Растительные остатки превращаются в тонкую углистую плёнку

б) перекристаллизация – преобразование первичной структуры скелета без изменения его химического состава

в) метасоматоз – замещение первичного вещества скелета химическим веществом иного состава. Наиболее широко распространены процессы окремнения, карбонатизации, доломитизации. При окремнении первичное скелетное вещество замещается различными модификациями кремнезёма, при карбонатизации скелеты замещаются карбонатом кальция. В условиях восстановительной среды происходит пиритизация – первичный скелет замещается пиритом, марказитом; в условиях окислительной среды происходит замещение окислами железа. При доломитизации первичный скелет замещается солями карбоната кальция и магния.

Все органические остатки, встреченные в ископаемом состоянии в одном месте, в одном слое, образуют ориктоценоз или ископаемый комплекс остатков растений и животных. Полностью организмы в ископаемом состоянии сохраняются крайне редко. Чаще всего в ориктоценозах сохраняются минеральные скелеты – известковые, кремневые, реже органические – хитиновые, хитино-фосфатные. Скелеты сохраняются целиком или частично. К целым скелетам можно отнести раковины фораминифер, моллюсков, брахиопод, скелеты кораллов, мшанок, иглокожих. В виде разрозненных частей скелета встречаются спикулы губок, членики морских лилий, иглы морских ежей и т. п. Кроме скелетов сохраняются внешние и внутренние ядра, отпечатки и следы жизни. Внутреннее ядро представляет собой слепок внутренней полости раковины. Ядро образуется при заполнении полости раковины, освобожденной после разрушения мягких частей тела, окружающим её осадком или же проникновением водных растворов в её полость через поры. Внутреннее ядро отражает особенности внутреннего строения раковины. Внешнее ядро возникает после разрушения раковины, образование отпечатка (подобно форме, изготовляемой для гипсовых отливок) и заполнения возникшей полости осадком, принесённым подземными водами. Внешние ядра передают особенности внешней формы раковины. Они бывают трудно отличимы от внутренних ядер. Кроме ядер в осадочных породах встречаются отпечатки мягкого тела или скелета. Отпечатки мягкого тела встречаются крайне редко. Наиболее древние отпечатки мягкого тела – медуз, восьмилучевых кораллов, кольчатых червей, членистоногих были обнаружены в отложениях венда в Ю. Австралии и датируются от 0,6 до 1 млрд. лет. Следы жизни – это все проявления жизнедеятельности организмов: следы ползания, жилые постройки разных зарывающихся организмов - норки сверлящих губок, мшанок, двустворок. К следам жизнедеятельности относятся также копролиты - ископаемые экскременты животных. Изучение копролитов позволяет судить о пище, которой питались организмы. Так, по копролитам ихтиозавров было установлено, что их пищей служили белемниты.

К особой форме ископаемых относятся углефицированные остатки. Процесс углефикации органических остатков очень сложен: он заключается в последовательном преобразовании растительных остатков в торф, бурый уголь, антрацит, графит. По мере увеличения степени углефикации происходит обогащение растительных фоссилий углеродом. Одной из своеобразных форм сохранности являются включения насекомых в янтаре. В янтаре – окаменевшей смоле сосны – наблюдаются различные насекомые, цветы, плоды. Фоссилии встречаются преимущественно в осадочных породах (песчаниках, глинах, известняках, мергелях) реже в метаморфических (мраморы, сланцы), где сохранность их ещё хуже и даже в вулканогенных породах – туфах, лавах, туфопесчаниках. Довольно часто встречаются в бокситах, медноколчеданных рудах, пластах угля.

Итак, мы рассмотрели следующие сообщества:

танатоценоз – сообщество мёртвых

тафоценоз – сообщество захороненных

ориктоценоз – сообщество ископаемых организмов.