Вендский рубеж – страницы каменной летописи

История Земли содержит множество событий и эпизодов, кардинально изменивших ход геологического развития планеты и эволюции возникшей на ней жизни. Многие из них стали следствием процессов, происходящих в Солнечной системе, в то время как другие были связаны с особенностями формирования самой планеты и ее биосферы. Сейчас мы почти ничего не можем сказать о так называемом догеологическом этапе эволюции, фактически протекавшем в недрах протопланетной газово пылевой туманности: нам неизвестна его продолжительность и последовательность происходивших тогда событий. О геологическом этапе, начавшемся после образования земной коры и атмосферы, мы знаем значительно больше.

В развитии жизни на Земле выделяются два этапа первого порядка – криптозой и фанерозой (соответственно время скрытой и явной жизни), которые фиксируются в породах земной коры. Криптозой делят на зоны – архей (археозой) и протерозой. Их, в свою очередь, делят на эры. Заметим, что геологи используют две шкалы: геохронологическую, отображающую периодизацию геологического времени, и стратиграфическую, основанную на последовательности отложений пород, образовавшихся за это время Прошло немало лет, прежде чем ученые научились читать эту «каменную летопись», но и сейчас многие из ее страниц остаются малоизученными и загадочными.

Начало фанерозоя связывают с возникновением отчетливых проявлений (следов) жизнедеятельности организмов, в том числе крупных, отпечатки которых находят в древних горных породах. Он объединяет три эры: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Кембрийский период в геохронологической шкале знаменует начало палеозойской эры. Ранее кембрийские отложения считались самыми древними образованиями фанерозоя, поскольку они залегают на так называемых первичных образованиях – гранитах и гнейсах. Однако впоследствии в процессе более детальных исследований на всех континентах были обнаружены осадочные породы древнее кембрийских, связанные с одним из самых интересных и загадочных этапов развития жизни, имевшим место в конце протерозойской эры. В связи с находками следов «явной» жизни в протерозое закономерно возникла проблема: где проводить границу криптозоя и фанерозоя – до или после заключительного периода протерозойской эры?

Наиболее древние следы жизни обнаружены в метаморфизованных (измененных) образованиях архея и протерозоя. После сложных для интерпретации находок в Южной Африке считалось, что самые ранние ее проявления имеют возраст 3,7-3,8 млрд лет. Однако недавно в Канаде были найдены следы микробов, которые свидетельствуют о том, что жизнь на Земле существовала уже 4,28 млрд лет назад. Многие древние породы имеют органическое происхождение – к примеру, протерозойские онколиты и катаграфии, строматолиты. Некоторые метаморфические породы протерозоя (графитовые гнейсы, доломиты, джеспелиты и шунгиты), скорее всего, также имеют первично органогенную природу. В железистых кварцитах Кривого Рога обнаружены микроскопические шарики – предположительно «остатки» железобактерий. В раннем криптозое, насколько уже известно, жизнь существовала в примитивных формах безъядерных организмов-прокариотов (микробов, бактерий и, вероятно, вирусов).

До «кембрийского взрыва»

Ученых всегда интересовал финальный период криптозоя, после которого начался бурный расцвет самых разнообразных живых существ с одновременным их усложнением. В то время уже существовали многоклеточные организмы, однако они были достаточно простыми, не имели твердых покровов и скелетов, среди них не имелось хищников и жертв… Почему же столь «мирная» экосистема вдруг начала быстро эволюционировать в сторону весьма сложных организмов (вплоть до разумных существ)? Сейчас считается, что причиной этого стало быстрое по геологическим меркам потепление, в результате которого Земля, длительное время практически полностью покрытая льдом, превратилась в планету-океан с небольшими участками суши. Это, в свою очередь, повлекло за собой настоящий бум фотосинтетических организмов, начавших обогащать атмосферу кислородом.

Название «венд» присвоил последнему периоду протерозойской эры в 1952 г. академик Борис Соколов, изучавший геологические разрезы северо-запада Восточноевропейской платформы (Валдайской возвышенности и Прибалтики). Это название он применил к отложениям, залегающим между кембрием и рифеем (последний был выделен Николаем Шатским в докембрии на Урале еще в 1945 г.). Впоследствии протерозойский зон был разделен на три эры, наиболее поздняя из которых сейчас подразделяется на три периода: тоний, криогений и эдиакарий или венд

Независимо в середине прошлого века в Австралии в поверхностных напластования очень древних осадочных пород были обнаружены «медузы» и другие проблематические отпечатки, по многим признакам относящиеся к живым существам. Авторы находок поначалу считали эти отложения кембрийскими. Появление более совершенных методов датировки позволило отнести эти организмы к предшествующей эпохе.

В научном мире огромную роль играет приоритет. В связи с этим долгое время ученые спорили о названии последнего периода криптозоя. Термины «венд» и «эдиакарий» конкурировали на протяжении почти 50 лет. Только на геологическом конгрессе в Рио-де-Жанейро в 2002 г. стратотипом последнего периода позднего докембрия (неопротерозоя) был утвержден разрез на западе Австралии – Эдиакарий, как описанный несколько ранее, чем венд на территории Советского Союза. Таким образом, австралийское название победило в конкурентной борьбе. Термин «венд» в некоторых работах употребляется применительно к территории СССР.

Эдиакарий-венд характерен тем, что в то время «вышли на арену» многоклеточные организмы, точных аналогов которых в последующей геологической истории мы не находим. Это циклические формы жизни, встречающиеся в виде отпечатков дисковидной формы с радиальной симметрией, и удлиненные (двусторонне симметричные – симметрия скольжения, со сдвигом, как листочки акации).

Авторы данной статьи провели несколько полевых экспедиций на пограничье Хмельницкой, Винницкой и Черновицкой областей, где велись работы, связанные со строительством ГЭС. В описанной выемке-карьере открыто новое уникальное местонахождение вендских организмов. Карьер глубиной до 50 м и периметром более 2 км представляет собой прекрасный объект для исследований. На самом его дне разрабатываются граниты, на них последовательно залегают алевро-аргиллиты, песчаники и глины. В нижних слоях осадочных пород удалось собрать более двух тысяч образцов с отпечатками «вендобионтов» (под этим общим названием объединяются все организмы того времени без четкого указания их природы), среди которых есть и уникальные. Интерес для специалистов представляет смена состава отложений и наличие в этих слоях прослоек вулканического пепла. В нем, как правило, находят мелкие кристаллы циркона – минерала, используемого для радиоизотопного определения абсолютного возраста. Согласно выполненным анализам, абсолютный возраст обнаруженных цирконов равен 545+5 млн. лет. Эти цифры близки к принятой в международной геохронологической шкале границе кембрия и докембрия – 542 млн. лет.

Первые эукариоты

В эдиакарий, наряду с простейшими безъядерными (прокариотами), появились также первые ядерные многоклеточные организмы (эукариоты). Среди них были как предки плоских червей и трилобитов, так и например, предтечи моллюсков. В соответствующих слоях находят и отпечатки возможных предков иглокожих (с характерной симметрией третьего порядка или трехлучевой). Их назвали трибрахидиумами – «трехрукими»

В напластованиях кварцитов Паунд обнаружены отпечатки нескольких видов цикломедуз. Еще в 50-х годах прошлого века эти отложения относили к раннему кембрию. Позже список находок был значительно расширен, а более точная датировка позволила отнести их к докембрийским Одним из характерных признаков этой эпохи стало именно наличие отпечатков древних примитивных организмов с уникальным строением. Благодаря этому исследователи впервые поставили вопрос о выделении нового эдиакарского геологического периода.

В кембрии, в связи с увеличением содержания кислорода в атмосфере и гидросфере, живые организмы были вынуждены формировать более плотные оболочки для защиты от разрушительного влияния морской воды, превратившейся в достаточно агрессивную среду. Согласно другой версии, их покровы возникли как механизм защиты от ультрафиолетового излучения на мелководье, куда они мигрировали с больших глубин.

Кембрийские организмы кардинально отличаются от докембрийских по многим характеристикам. В первую очередь, как уже сказано, это наличие твердых покровов – скелетов, панцирей, раковин. Для их «строительства» используются как органические (хитин, спонгин), так и неорганические соединения (арагонит, кальцит, кремнезем, фосфаты). Во-вторых, в кембрии количество и разнообразие организмов резко увеличилось – это явление получило название «кембрийский взрыв» Изменилась структура сообществ, способы питания, условия сохранности остатков организмов. Естественно, обострилась и конкуренция между ними, борьба за место в своей экологической нише, появились «хищники» и «падальщики» Земная биосфера начала постепенно приобретать свой современный вид…