Дуг МакДугалл – Зачем нужна геология (страница 7)

Так что же насчет хронологии? Как специалисты определили временную шкалу для такого повествования? Если мы хотим понять значение событий, их нужно упорядочить по времени; не особо полезно знать температуру морской воды, в которой росло какое-то ископаемое животное, если вы понятия не имеете, когда оно жило. С момента хаттоновского «ни следов начала, ни перспектив конца» (и даже еще раньше) ученые искали способы определить возраст горных пород и Земли в целом. Конечной цели — разработки методов, которые могли бы дать «абсолютный» возраст горных пород в годах — удалось добиться только с открытием радиоактивности в конце XIX века. Вскоре мы к этому вернемся. Однако задолго до появления методов радиоизотопного датирования ученые разработали первые варианты геологической шкалы, расположив во времени важные события из истории планеты. (Современную версию можно увидеть на рисунке 1; если вы еще не знакомы с названиями геологических эонов, периодов и т. д., то при чтении книги имеет смысл обращаться к этой диаграмме). Как они это сделали?

Еще в 1660-х годах датский анатом Нильс Стенсен^[8], отличавшийся ненасытным любопытством к миру природы, осознал, что породы в нижней части толщи осадочных слоев должны быть старше, чем те, что находятся сверху. В то время Стенсен жил в Италии, и его наблюдения были сделаны при изучении осадочных пород в Альпах. Его идея состояла в том, что альпийские осадочные слои (и окаменелости, в них содержащиеся) имеют большое значение для определения времени. Разумеется, можно было установить лишь относительное время: Стенсен мог сказать, был ли данный слой старше или моложе своих соседей, но не мог определить его фактический возраст. Сейчас это может показаться очевидным, но в то время это был настоящий прорыв. Изучая слои залегающих в Альпах горных пород, Стенсен смог наглядно представить способ и время их образования. Сегодня он считается основоположником стратиграфии — раздела геологии, изучающего слои осадочных пород.

После Стенсена его простой принцип упорядочивания осадочных слоев во времени стали использовать, чтобы получить относительную хронологию геологических событий. Это было достаточно просто сделать в каком-то одном регионе, когда на различных обнажениях можно проследить отдельные слои. Трудности появляются с установлением корреляции на больших расстояниях. Имеет ли слой известняка во Франции тот же возраст, который имеет такой же слой в Англии, в Швеции или по ту сторону Атлантики в Соединенных Штатах? Трудно сказать. Можно было построить относительные шкалы в отдельных регионах, но глобальная единая шкала казалась недостижимой.

Однако осадочные породы содержали ключи к решению этой задачи. Задолго до того, как Чарлз Дарвин писал об эволюции, ученые признавали, что жизнь на планете со временем менялась. Куда бы они ни смотрели, обнаруживалась одна и та же история. Окаменелости в самых молодых породах в верхней части осадочных толщ походили на живущие формы, однако окаменелости из нижних, более старых слоев часто оказывались мелкими и совершенно несходными со всеми известными растениями и животными. А в некоторых местах ниже пород, содержащих незнакомые окаменелости, лежали слои, полностью лишенные признаков животной или растительной жизни. Эти слои были еще древнее.

Одним из первых, кто осознал практическое применение этой последовательности, был британский землемер Уильям Смит. Занимался он межеванием земель и обмером шахт, но его страстью была геология: путешествуя по делам по стране, он делал заметки о местной геологии и собирал окаменелости. Он обратил внимание, что порядок, в котором сообщества организмов меняются при переходе от старых пород к более молодым, сохраняется, даже если сами породы выглядят по-разному. За полвека с лишним до того, как Дарвин опубликовал свое «Происхождение видов», Смит с гордостью показывал друзьям свою коллекцию окаменелостей, которую организовал по относительному возрасту, а не по сходству организмов, как обычно делали современные ему коллекционеры. Хотя Смит этого и не осознавал, он использовал эволюцию, зафиксированную окаменелостями, чтобы установить связь между осадочными породами, образовавшимися в одно время, но в разных и отдаленных друг от друга местах. Цель — глобальная относительная шкала времени — стала на шаг ближе.

Рисунок 1. Геохронологическая шкала с датами в миллионах лет от нынешнего момента. Обратите внимание на изменение масштаба в момент 700 миллионов лет в протерозойском эоне. Здесь показаны только крупные подразделы временной шкалы; геологи выделяют много более мелких интервалов. (На основе последних данных Международной комиссии по стратиграфии).

Последователи Стенсена и Смита постепенно строили геологическую шкалу времени, пока не заполнили подразделы, показанные на рисунке 1 — от кембрийского периода до нашего времени. Названия, которые они присваивали крупным подразделам шкалы (в частности, периодам), обычно отсылали к названиям географических регионов, изобиловавших породами соответствующего времени, которые содержали окаменелости, и где их впервые детально описали — например юрский период назван по горному массиву Юра в Швейцарии, а ордовикский и силурийский — по названиям двух древних племен, живших в разных частях Уэльса, ордовиков и силуров. Все это было сделано до открытия радиоактивности, и ученые не представляли, насколько осваиваемый ими промежуток времени масштабен на самом деле. Кроме того, поскольку относительная шкала была основана на окаменелостях, то ниже кембрийского периода она оставалась пустой^[9]. Более старые породы для первых геологов не содержали вообще никаких окаменелостей (как мы увидим, жизнь на Земле существовала задолго до этого, однако окаменелости тех времен в основном мелкие, редкие, и их легко не заметить). Эти древние и с виду безжизненные породы назвали просто «докембрием».

Такая первая относительная хронологическая шкала фактически была летописью эволюции морской жизни. Хотя в прошлом, как и сегодня, формы жизни в разных географических местах различались, общий порядок эволюции, отраженный в летописи окаменелостей, достаточно ясен, чтобы мы могли правильно расположить осадочные породы в любой точке мира, если они содержат окаменелости. Например, девонские скалы в Европе содержат ископаемые сообщества, которые весьма похожи на такие же сообщества из девонских пород Америки и Африки. Это очень помогло в создании временной шкалы, потому что на Земле нет одного места, где бы нашлась непрерывная последовательность осадочных слоев с породами от кембрия до настоящего времени (или хотя бы значительная часть такого промежутка). Временную шкалу приходится строить постепенно путем детального изучения небольших фрагментов такой географической колонки (как ее часто называют), расположенных в разных местах, и исследовать корреляцию там, где есть очевидное перекрытие. Поначалу такой подход может показаться несистематическим, но на деле он оказался крайне успешным, о чем свидетельствует шкала на рисунке 1. Наше понимание эволюции настолько полно, что опытный геолог может подойти к выходу осадочных пород в любой точке мира, и если он найдет несколько окаменелостей, то довольно точно определит место породы на геологической шкале времени.

Этого удалось добиться несмотря на то, что в качестве окаменелостей сохранилась лишь небольшая часть видов, когда-либо существовавших на планете. Не так-то просто стать ископаемым. Согласно большинству оценок, в горных породах сохранилось менее 1 % видов, и несложно понять, почему. Даже в самых благоприятных условиях — на тихом морском дне с медленно накапливающимися илистыми отложениями — большинство мертвых организмов до сохранения сгниют или растворятся, или вообще еще раньше будут съедены падальщиками. Обычно сохраняются лишь твердые части — раковины, кости и зубы, да и то часто в виде фрагментов. Проблема усугубляется тем, что иногда трудно догадаться о целом по части. Окаменелые зубы акул встречались достаточно регулярно, однако долгое время — несмотря на то, что акулы всем известны — никто не знал, что это за окаменелости, поскольку они были изолированными предметами, не связанными с чем-то иным. Даже в том случае, когда окаменелость сохраняется целиком, эрозия или метаморфизм могут впоследствии уничтожить ту осадочную породу, которая ее содержит. Возникающие пробелы в палеонтологической летописи беспокоили многих ученых, включая Дарвина.

И тем не менее, даже с ограниченной выборкой окаменелых видов осадочные горные породы удивительно подробно рассказывают о том, как менялась жизнь на планете. Первые геологи проводили границы между эрами и периодами и даже между более мелкими подразделами временной шкалы в тех местах геологической колонки, где наблюдали быстрое изменение типов сохранившихся ископаемых. Названия трех эр, показанных на рисунке 1 — палеозойская, мезозойская и кайнозойская — взяты из греческого языка и означают «древняя жизнь», «средняя жизнь» и «новая жизнь», поскольку на границах между ними происходят резкие перемены в окаменелостях, и по мере приближения к настоящему сохраняющиеся формы жизни становятся все более знакомыми. Эти границы легко проследить всюду, где встречаются породы соответствующего возраста, и сейчас мы знаем, что они фиксируют короткие периоды масштабных вымираний, когда значительные доли организмов, населяющих океаны, исчезали в результате катастрофических нарушений среды. За этими вымираниями относительно быстро (с геологической точки зрения) следовало развитие и распространение новых форм жизни. Границы между геологическими периодами тоже отмечены не такими радикальными, но все же серьезными переменами в составе морских организмов.