Образование Солнечной системы

Игорь Борисович Люрин Владимир Сергеевич Уткин

Как развивалась жизнь на Земле

 

 

Игорь Борисович Люрин

Владимир Сергеевич Уткин

Как развивалась жизнь на Земле

 

 

Предисловие

 

Нашу планету населяют тысячи видов растений и животных. Они различаются по форме, величине, образу жизни и являются компонентами различных экологических систем – биоценозов.

А каким был растительный и животный мир в минувшие геологические эпохи Земли? Как он развивался на протяжении веков, пока не принял современного вида?

Еще древние люди пытались выяснить, что собой представляют удивительные окаменевшие ракушки, отпечатки растений и животных, части скелетов, которые встречались на склонах оврагов, в долинах рек, в горных скалах, в пустынях. Их отличие от существовавших в то время организмов возбуждало воображение людей. В мифах, легендах, сказках они рассказывали о драконах и других чудовищах, якобы живших в незапамятные времена.

Человечество продолжительное время находилось под влиянием религии, утверждавшей, что все на Земле создано богом и что вся истина заключается в книгах «священного писания». В одной из них повествуется о том, что бог сотворил Землю и все на ней существующее в течение семи дней, а в другой, – что он за некие прегрешения людей решил наслать всемирный потоп и уничтожить все им созданное. Среди людей бог выбрал одного праведника – Ноя, велел ему построить корабль (ковчег) и взять на него «каждой твари по паре» с тем, чтобы после потопа было чем заселить Землю. Животные, не попавшие в ковчег, погибли и были занесены песком и илом. О растениях в «писании» не говорилось.

Долгое время подобное объяснение происходивших на Земле изменений являлось господствующим. Но по мере развития человеческого общества развивалась и наука. Ученые установили, что на Земле обитает такое огромное количество различных видов животных, что если взять по паре каждого вида, то они не поместились бы ни в один ковчег. А в слоях земной коры были найдены остатки древних вымерших животных и растений. И чем глубже залегают слои, тем больше отличаются ископаемые от современных организмов.

Изучая древний органический мир по ископаемым остаткам, ученые пришли к выводу, что на протяжении многих миллионов лет истории Земли неоднократно менялись климат, атмосфера, очертания материков и океанов. В некоторых местах суша покрывалась ледниками. Тропические леса превращались в пустыни, а их, в свою очередь, заливало море. На равнинах возникали горы, которые постепенно разрушались и превращались в плоскогорья. Морское дно поднималось, появлялись участки суши. Эти изменения оказывали влияние на органический мир.

Историю развития жизни ученые разделили на сравнительно продолжительные отрезки времени – эры и периоды, каждый из которых характеризуется свойственным только ему растительным и животным миром. По костям, раковинам, отпечаткам воссоздавались внешний вид и строение древних животных. Возникла наука палеонтология. Наряду с ней развивалась палеоботаника – наука о древних растениях.

Постепенно ученые установили историю растительного и животного мира с древнейших времен до наших дней. Научные исследования показали: развитие жизни шло от простейших форм к более сложным, по разным направлениям, в зависимости от приспособления живых существ к окружающей среде; в развитии органического мира решающее значение имеют такие свойства живого, как наследственность, изменчивость, приспособляемость к условиям существования.

С появлением человека изменения в природе стали происходить быстрее по сравнению с другими периодами истории Земли. Используя для своих потребностей окружающую среду, человек, сам того не желая, порой наносил ей невосполнимый урон. За многие годы его деятельности навсегда исчезли сотни видов растений и животных. Вырублены тысячи гектаров леса. Загрязнялись водоемы, атмосфера.

Современное человеческое общество видит, к каким нежелательным последствиям приводит бесконтрольное вмешательство в окружающую среду. Лишь в социалистическом обществе, в котором средства производства являются общественной собственностью, возможно бережное отношение к природе в общегосударственном масштабе.

В нашей стране приняты законы об охране природы. Охрана, рациональное использование и восстановление окружающей среды предусматривается Конституцией СССР.

В соответствии с требованиями Конституции СССР мероприятия по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов предусматриваются в планах развития народного хозяйства нашей страны. Охрана, воспроизводство и рациональное использование растительного и животного мира включены в «Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986–1990 годы и на период до 2000 года».

 

Образование Солнечной системы

 

С давних пор люди пытались постичь строение Вселенной, объяснить, как образовалась Солнечная система, откуда взялись растения и животные. Слагались сказки и мифы, выдвигались гипотезы и теории. Вначале преобладали «божественные» гипотезы, в которых Солнце, Земля, другие планеты и звезды выступали в роли богов, сказочных существ или представлялись результатом деятельности богов, мифических героев.

Впоследствии появились более или менее научные гипотезы. Долгое время в науке господствовала геоцентрическая система мира Птолемея, согласно которой в центре Вселенной находится Земля, а вокруг нее обращаются Солнце, планеты и звезды.

Только в XVI в. польский астроном Николай Коперник заложил основы гелиоцентрической системы. Эту систему развили итальянские ученые Джордано Бруно и Галилео Галилей. Они доказали, что Земля наравне с другими планетами движется в пространстве вокруг Солнца и, кроме того, вращается вокруг своей оси.

Научное обоснование гелиоцентрической системы дали английские ученые – физик И. Ньютон и астроном В. Гершель, а также русский ученый М. В. Ломоносов.

В 1755 г. немецкий ученый и философ Иммануил Кант выдвинул гипотезу о возникновении Солнечной системы из рассеянных масс космического вещества.

В 1790 г. французский математик П. С. Лаплас, не будучи знаком с гипотезой Канта, выдвинул свою гипотезу происхождения Солнечной системы. Он считал, что на месте Солнечной системы в прошлом находилась огромная раскаленная туманность, вращавшаяся вокруг своей оси. В результате действия сил притяжения туманность начала сгущаться, в ее центре образовалось первичное Солнце, окруженное газообразной массой. Поскольку газообразная масса вращалась равномерно, частицы, находившиеся у ее центра, двигались медленнее крайних. На периферии центробежная сила начинала превосходить силу притяжения, и от массы туманности отделялись кольца, которые уже никогда не приближались к центру.

Чем больше охлаждалась раскаленная туманность, тем меньшей она становилась. Возрастала скорость ее вращения, а вместе с ней – и центробежная сила. Возникали все новые кольца, из которых в дальнейшем образовались планеты Солнечной системы и их спутники.

Фридрих Энгельс, развивая идеи И. Канта и П. С. Лапласа, объяснял образование твердых планет и их спутников постепенным охлаждением газообразной массы и различными химическими реакциями, в результате которых газообразное вещество перешло в жидкое, а затем в твердое состояние.

Благодаря исследованиям советских ученых – Б. А. Воронцова‑Вельяминова и В. А. Амбарцумяна был раскрыт механизм образования газовых туманностей. Время от времени во Вселенной появляются так называемые новые звезды. Давно известные звезды, светящиеся, как правило, очень слабо, внезапно взрываются, увеличиваются в миллионы раз, и с их поверхности извергается во Вселенную огромное количество газообразного вещества. Из этого вещества в дальнейшем и формируются газообразные туманности, а из них – звездные системы, подобные Солнечной.

Согласно гипотезе советского ученого О. Ю. Шмидта, все звезды нашей Галактики обращаются вокруг единого центра. На своем пути они захватывают облака космической пыли, которая становится материалом для формирования планет.

По мнению английских ученых – геолога Чемберлена и астронома Мультона, при сближении двух звезд сила притяжения разрывает их, и на месте звезд образуется спиральная туманность, взрывающаяся во Вселенную газообразными струями. Из этих струй затем формируются новые звезды и их планеты.

Английский ученый Дж. Джинс полагал, что вблизи Солнца на расстоянии в несколько его диаметров, прошла звезда, масса которой в два раза больше массы Солнца. В результате действия силы притяжения на Солнце возникла громадная приливная волна газообразного раскаленного вещества. Звезда прошла мимо Солнца относительно быстро и не успела притянуть к себе газообразное вещество. Однако сила притяжения звезды увлекла его на такое расстояние от Солнца, что вернуться назад оно уже не могло. Из этого вещества и образовались все планеты Солнечной системы.

Извержения раскаленного вещества, так называемые протуберанцы, наблюдаются на Солнце и в настоящее время. Высота некоторых из них больше диаметра Солнца. И все же массы вещества, из которого состоят протуберанцы, для образования новых планет недостаточно.

В настоящее время наиболее разработанной является гипотеза, основанная на космогонической теории советского академика О. Ю. Шмидта. По гипотезе О. Ю. Шмидта планеты возникли из огромного холодного газопылевого облака, вращавшегося вокруг Солнца.

В наше время вокруг Солнца вращаются девять планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Благодаря достижениям современной науки, особенно космическим исследованиям, нам многое известно о величине, массе, химическом составе и строении планет Солнечной системы и их спутников.

 

Метеориты

 

На своем пути вокруг Солнца Земля время от времени попадает в зоны скопления космической пыли, крупных и мелких обломков небесных тел – метеоритов. В земной атмосфере метеориты движутся с очень большой скоростью (до 50 000 м/с). Разогреваясь при трении о более плотные слои атмосферы, большинство метеоритов сгорает, те же из них, которые не успевают сгореть, достигают поверхности Земли со скоростью 10 000 м/с. Падение на Землю сопровождается взрывом, в результате чего выделяется значительное количество тепловой энергии. На месте падения метеоритов образуются углубления: метеоритные ямы (диаметром в несколько сантиметров), воронки (диаметром более метра), кратеры (диаметром свыше десяти метров).

По массе различают: метеоритную пыль (масса отдельных частей несколько миллиграммов), метеориты (масса – 50–100 кг) и болиды (их масса иногда достигает нескольких сотен тонн).

С помощью химических анализов в метеоритах были выявлены 63 элемента, а также ряд минералов, не известных на Земле.

В последнее время в метеоритах найдены также споры и бактерии неземного, по мнению некоторых ученых, происхождения. Это послужило основанием для выдвижения гипотезы о том, что жизнь на Землю была занесена из космоса. Однако большинство ученых считает, что жизнь на Земле чисто земного происхождения.

 

Планета Земля

 

Около 8 миллиардов лет тому назад Земля представляла собой раскаленный шар. Постепенно, выделяя тепло в космос, она охлаждалась, и на ее поверхности образовалась твердая кора, которую беспрерывно расплавляли миллионы действовавших вулканов. Кора утолщалась, и вода, входившая в состав раскаленных веществ и атмосферы, заполнила впадины. Согласно гипотезе советского ученого А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле, в воде было растворено огромное количество химических веществ, которые, вступая между собой в различные реакции на протяжении миллиардов лет, привели к образованию органического вещества.

Энергия Солнца, воздействие космоса, силы притяжения, сложные физико‑химические реакции, постоянно протекающие в недрах Земли, – это факторы, изменяющие ее поверхность, климат, состав атмосферы, а вместе с тем и органический мир, который в свою очередь оказывает активное влияние на Землю.

Все воздействующие на планету Земля процессы подразделяются на экзогенные (протекающие на поверхности Земли и в приповерхностных слоях земной коры) и эндогенные (протекающие в недрах Земли). К экзогенным процессам относятся: выветривание, действие наземных и подземных вод, деятельность живых организмов, в том числе человека. К эндогенным – тектонические движения в земной коре, магматические процессы (образование магмы и магматических горных пород), метаморфические процессы (преобразование горных пород).

Процессы, протекающие на протяжении многих миллиардов лет развития Земли, формируют ее рельеф, климат, атмосферу.

 

 

Шесть оболочек Земли

 

Земля имеет 6 оболочек: атмосферу, гидросферу, биосферу, литосферу, пиросферу и центросферу.

Атмосфера – внешняя газовая оболочка Земли. Ее нижняя граница проходит по литосфере и гидросфере, а верхняя – на высоте 1000 км. В атмосфере различают тропосферу (двигающийся слой), стратосферу (слой над тропосферой) и ионосферу (верхний слой).

Средняя высота тропосферы – 10 км. Ее масса составляет 75 % всей массы атмосферы. Воздух тропосферы перемещается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

Над тропосферой на 80 км поднимается стратосфера. Ее воздух, перемещающийся лишь в горизонтальном направлении, образует слои.

Еще выше простирается ионосфера, получившая свое название в связи с тем, что ее воздух постоянно ионизируется под воздействием ультрафиолетовых и космических лучей.

Гидросфера занимает 71 % поверхности Земли. Ее средняя соленость составляет 35 г/л. Температура океанической поверхности – от 3 до 32 °C, плотность – около 1. Солнечный свет проникает на глубину 200 м, а ультрафиолетовые лучи – на глубину до 800 м.

Биосфера, или сфера жизни, сливается с атмосферой, гидросферой и литосферой. Ее верхняя граница достигает верхних слоев тропосферы, нижняя – проходит по дну океанских впадин. Биосфера подразделяется на сферу растений (свыше 500 000 видов) и сферу животных (свыше 1 000 000 видов).

Литосфера – каменная оболочка Земли – толщиной от 40 до 100 км. Она включает материки, острова и дно океанов. Средняя высота материков над уровнем океана: Антарктиды – 2200 м, Азии – 960 м, Африки – 750 м, Северной Америки – 720 м, Южной Америки – 590 м, Европы – 340 м, Австралии – 340 м.

Под литосферой расположена пиросфера – огненная оболочка Земли. Ее температура повышается примерно на 1 °C на каждые 33 м глубины. Породы на значительных глубинах вследствие высоких температур и большого давления, вероятно, находятся в расплавленном состоянии.

Центросфера, или ядро Земли, расположена на глубине 1800 км. По мнению большинства ученых, она состоит из железа и никеля. Давление здесь достигает 3 · 10¹¹ Па (3 · 10⁶ ат), температура – нескольких тысяч градусов. В каком состоянии находится ядро, пока неизвестно.

Огненная сфера Земли продолжает охлаждаться. Твердая оболочка утолщается, огненная – сгущается. В свое время это привело к формированию твердых каменных глыб – материков. Однако влияние огненной сферы на жизнь планеты Земля все еще очень велико. Неоднократно менялись очертания материков и океанов, климат, состав атмосферы.

Экзогенные и эндогенные процессы беспрерывно изменяют твердую поверхность нашей планеты, что, в свою очередь, активно влияет на биосферу Земли.

 

Экзогенные процессы

 

На формирование поверхности Земли большое влияние оказывает выветривание. Оно обусловлено многими причинами. Выветривание представляет собой дробление пород под воздействием колебания температур. Каждая порода состоит из одного, двух или нескольких минералов. От нагревания разные минералы по‑разному расширяются, от охлаждения – по‑разному сжимаются. В твердой породе впоследствии появляются трещины, и постепенно она рассыпается на обломки. Физическому выветриванию способствует и корневая система растений. Попадая в трещины, вода замерзает, расширяется и давит на стенки трещины с силой, достигающей иногда десятков тысяч ньютонов на 1 см² поверхности. Все это приводит к возникновению россыпей и каменных потоков, которые скатываются с вершин скал вниз, заполняя впадины, выравнивая рельеф.

Породы разрушаются лишайниками, поглощающими из них различные соли. Из выделяемого растениями углекислого газа и воды образуется угольная кислота, также способствующая разрушению пород. В почве и атмосфере присутствует множество химических веществ, превращающих минералы в легко растворимые в воде соду, поташ, кислоты, соли. От породы остаются лишь нерастворимые остатки: песок, глина. Все эти процессы приводят к химическому выветриванию пород. Микроорганизмы, увеличивая скорости химических реакций, в отдельных случаях в несколько десятков раз способствуют химическому выветриванию. Растения поглощают из почвы различные химические вещества, а вместе с отмершими растениями многие вещества попадают в почву.

Способствует выветриванию и деятельность водных потоков, которые, разрушают породы, переносят и откладывают их. В верховье река течет быстрее, вода легко дробит горные породы и переносит крупные обломки, порою даже глыбы. Ниже скорость течения меньше, вода переносит небольшие обломки. В устье скорость течения совсем незначительна, следовательно, река может переносить только ил. Таким образом сортируются обломки от верховья к устью. За тысячи лет реки перенесли огромное количество каменного материала, изрезали горы глубокими каньонами, намыли острова, образовали озера.

В связи с вращением земного шара во всех реках один берег подмывается водой сильнее. Постепенно река меняет свое русло в направлении этого берега. Противоположный берег остается плоским и широким. Если на пути реки встречаются месторождения каких‑либо полезных ископаемых, она их размывает, а содержащиеся в них руды переносит и откладывает ниже по течению. Так образовалось большинство рассыпных месторождений на Земле.

Просачивающаяся через растворимые породы (известняк, гипс), вода растворяет их. Поверхность пород покрывается выбоинами, которые постепенно углубляются рытвинами. По трещинам вода проникает в глубь массивов пород, продолжая их растворять. Вода становится особенно хорошим растворителем, если содержит кислоты. В результате растворяющего действия воды в Земле образуются пустоты. Если они находятся вблизи поверхности Земли, то породы, залегающие сверху, могут сползти в эти пустоты, а на поверхности появляются трещины, воронки, пропасти. По ним вода проникает на значительную глубину и образует пещеры, подземные озера, подземные реки.

Геологическая деятельность моря связана прежде всего с прибоем, приливами и отливами, морскими течениями. Насколько быстро море может размыть берега, свидетельствует тот факт, что остров Гельголанд за 900 лет был почти полностью размыт: из 900 км² его площади осталось лишь 1,5 км².

С удалением от берега сила морских волн убывает. Поэтому у самого берега откладывается крупнообломковый материал, дальше в глубь моря – песок и ил. Изучение морских отложений позволяет судить о том, наступало ли море на сушу или отступало. Если на крупнообломковом материале залегает более мелкий, значит, глубина моря возрастала, и оно наступало на сушу. Если же на иле залегает песок, а на нем галька, значит, глубина моря уменьшалась, и оно отступало от суши.

В море живет огромное количество растений и животных. Диатомовые водоросли и радиолярии имеют кремнеземный наружный скелет. Отмирая, они падают на дно. Из их скелетов за миллионы лет образовались довольно значительные залежи трепела, мела, кремнистого сланца.

Зеленые водоросли были первыми на Земле растениями, выделяющими в ее атмосферу свободный кислород. По мнению многих ученых, из остатков различных водорослей образовалась нефть. Коралловые полипы дали мощные залежи известняков. В образовании известняков принимали участие также брахиоподы, моллюски, иглокожие, мшанки и другие группы животных.

С деятельностью железобактерий связаны залежи железных руд.

Море слой за слоем откладывает на больших площадях разнообразные обломки, ил. Остатки же обитавших в море животных и растений сохраняются в слоях в виде окаменелостей, отпечатков скелетов. Из этих остатков образовались породы, называемые осадочными, так как они отложились в виде каменных осадков.

Значительную геологическую деятельность проявляли ледники. Около 25 тыс. лет тому назад ледник покрывал почти всю северную и среднюю части Европы и большую часть Северной Америки. Его толщина достигала одного километра. Несколько раз Европа и Северная Америка покрывались льдом и несколько раз наступало потепление, ледник таял, а затем вновь надвигался с севера, достигая линии Днепропетровск – Дрезден. Этот гигантский ледник перенес миллионы тонн обломочного материала – глыбы массой свыше тысячи тонн и мелкий песок, вырыл русла многих современных рек и впадины озер, заполнившиеся затем ледниковыми водами. Теплолюбивые растения и животные отступили далеко на юг. На месте степей выросли леса из холодостойких пород, а леса уступили место тундрам.

Чем же были обусловлены большие оледенения? Возможно, тем, что на Землю попадало меньше солнечного тепла. А может быть, тем, что уменьшилось количество углекислого газа в атмосфере Земли.

По мнению некоторых ученых, оледенения не было вообще, а приписываемые ему отложения были сформированы потоками, перенесены льдами и айсбергами или навеяны ветром.

Даже небольшой ветерок может поднять и перенести мелкую пыль. Ураганы же, скорость которых достигает 100 м/с, способны поднять в воздух глыбы массой в десятки килограммов. Сдувая с поверхности Земли обломки пород, ветер более мелкие из них поднимает на большую высоту и переносит далеко, крупные же обломки остаются ближе или просто перекатываются на другое место. Обломками ветер шлифует встречающиеся на его пути породы.

Велика работа ветра в пустынях. Равнинная поверхность и отсутствие растений делают возможным перенос обломков на значительные расстояния.

Ветер, перенося семена и споры, способствует распространению растений на новые участки Земли. Иногда он переносит также мелких животных, например насекомых.

Человечество проводит значительную геологическую работу. Ежегодно во всем мире из земной коры добывается свыше 100 миллиардов тонн различных пород и минералов. Ведутся обширные работы по мелиорации земель. Создаются искусственные водохранилища. Влияние человека на биосферу огромно.

 

Эндогенные процессы

 

В земной коре и в настоящее время происходят значительные изменения. Наблюдаются колебания земной коры, движение отдельных участков суши в горизонтальном направлении (Калифорнийское побережье передвигается на север, Баварские Альпы – в сторону Мюнхена).

История Земли делится на спокойные и бурные периоды. Спокойные периоды характеризуются общим погружением суши в воду и наступлением моря. Главную роль в формировании рельефа в спокойный период играют экзогенные процессы, приводящие к накоплению мощных слоев осадочных пород.

В бурные периоды земная кора быстро поднимается. Море отступает. На месте морских бассейнов возникают горы. От колебания земной коры породы сминаются в складки. В отдельных случаях слои пород перемещаются по трещинам вверх или вниз, разрываются, образуя бугры или пропасти. На поверхность из раскаленных слоев Земли изливается магма и застывает, образуя магматические породы: граниты, базальты.

Существует много гипотез о причинах колебания земной коры. По одной из них, Земля при охлаждении уменьшается и земная кора деформируется. Согласно другим гипотезам, причинами колебания являются течения, будто бы возникающие в раскаленной части Земли, приливы и отливы магмы под воздействием космоса, радиоактивный распад и т. п. По‑видимому, колебания земной коры объясняются рядом причин.

С магматическими явлениями тесно связана деятельность вулканов, отверстий в земной коре, через которые на поверхность изливается расплавленная магма, происходят выбросы пепла, газа, воды и других химических веществ. Огромное значение имеет геологическая деятельность вулканов на всю геологическую историю Земли. Миллионы действующих вулканов, выбрасывающих в воздух лаву, пепел, газы, пар, изменяли климат. Возникали новые острова, почва удобрялась плодородным пеплом.

Землетрясения возникают в результате деятельности вулканов, обвалов горных склонов или подземных пустот, горообразовательных процессов.

Экзогенные и эндогенные процессы происходят беспрерывно, изменяя поверхность Земли, атмосферу, климат, земные недра. Вместе с ними изменяется растительный и животный мир.

 

Возраст Земли

 

Предположив, что первичный океан был пресноводным, ученые установили, сколько лет прошло, пока реки принесли в него то количество солей, которое содержится теперь в океане. Получилось около 500 000 лет. По скорости современного осадкообразования ученые пытались определить время, в течение которого накоплялись мощные осадочные толщи. Получились разные числа: от 15 тыс. до 3–7 млн. лет. В последнее время возраст Земли определяют по образовавшимся в результате различных радиоактивных процессов породам и минералам. Определенный таким образом возраст Земли составляет 4–10 млрд. лет.

Но наиболее надежным методом изучения истории Земли остается пока палеонтологический. Его разработали английский ученый Вильям Смит и французский ученый Жорж Кювье. Эти ученые пришли к выводу, что каждому комплексу осадочных пород соответствует комплекс ископаемых существ. Если, например, в слое известняка найден панцирь трилобита, то можно заключить, что данный слой образовался в палеозойскую эру – свыше 300 млн. лет тому назад. В то время на Земле обитали эти членистоногие животные.

Животные и растения, живущие в воде, умирают и падают на дно водоемов. Там их заносит песок либо покрывает ил. Мягкие ткани животных сгнивают, а твердые (кости, зубы, чешуя, панцири, раковины) остаются и постепенно окаменевают. Остатки растений превращаются в торф и уголь.

Растения и животные, обитающие на суше, после смерти могут быть занесены ветровыми отложениями и также окаменевать. От животных, не имеющих твердого скелета или панциря, остаются на мягком иле отпечатки. По окаменевшим отпечаткам также можно узнать о животных, живших в период формирования данных отложений. Иногда в породах находят следы жизнедеятельности тех или иных животных.

При изучении окаменелостей из различных слоев ученые пришли к заключению о том, что растения и животные отдаленного прошлого Земли значительно отличались от современных.

Для объяснения происходящих в растительном и животном мире изменений французский ученый Ж. Кювье выдвинул теорию катастроф. По его мнению, в истории Земли было четыре катастрофы. Они полностью уничтожали на ней жизнь, а затем некая «высшая сила» воссоздавала ее вновь. Против этой теории выступил английский исследователь Чарлз Лайель. В своей книге «Основы геологии» он объяснял все происшедшие на Земле изменения воздействием тех же процессов, которые происходят в наше время.

Выдающийся английский ученый Чарлз Дарвин создал учение об эволюционном развитии органического мира. Он доказал, что в беспрерывной борьбе за существование выживают организмы, наиболее приспособленные к условиям существования. Условия существования постоянно изменяются, следовательно, изменяются и организмы.

Русские ученые Н. А. Головкинский, Н. И. Андрусов, А. П. Карпинский, В. О. Ковалевский, А. Н. Криштофович исследовали физико‑географические условия формирования отложений прошлого. Появилась наука об условиях жизни древних организмов – палеоэкология.

Вся история развития Земли делится на эры – длительные отрезки времени (от 70 млн. лет до 2 млрд. лет), каждый из которых получил свое название.

Архейская – древнейшая эра в истории развития Земли, когда еще не существовало жизни.

Протерозойская – эра возникновения первичной жизни (простейших организмов).

Палеозойская – эра древней жизни в геологической истории Земли, характеризующаяся формированием всех типов растений и животных.

Мезозойская – эра средней жизни в геологической истории Земли, характеризующаяся развитием пресмыкающихся, птиц и первых млекопитающих.

Кайнозойская – эра новой жизни в геологической истории Земли, эра формирования всех современных форм растений и животных. Она продолжается и в настоящее время.

Иногда историю Земли подразделяют по развитию растительности на следующие эры: палеофит (древняя растительность) – эра развития бесцветковых, заканчивается в конце палеозоя; мезофит (средняя растительность) – эра расцвета голосеменных, заканчивается в середине мезозоя; кайнофит (новая растительность) – эра покрытосеменных, продолжается в наше время.

 

Архейская эра

 

Архейская эра ведет свое начало со времени, когда Земля сформировалась как планета – около 4 млрд. лет назад. Ее продолжительность составляет 1 млрд. лет.

Первичная кора, образовавшаяся в результате охлаждения Земли, беспрерывно разрушалась паром и газом, которые выделяло раскаленное вещество. Извергаемая миллионами вулканов лава застывала на поверхности, образуя первичные горы и плоскогорья, материки и океанические впадины.

Мощная, плотная атмосфера также охлаждалась, в результате чего выпадали обильные дожди. На горячей земной поверхности они мгновенно превращались в пар. Сплошные облака обволакивали Землю, препятствуя прохождению солнечных лучей, согревающих ее поверхность. Твердая кора охладилась, океанические впадины заполнились водой.

Первичный океан, реки, атмосфера разрушали первичные горы и материки, образуя первые осадочные породы. На протяжении многих миллионов лет истории Земли эти породы, неоднократно подвергаясь воздействию раскаленного вещества, громадного давления и высокой температуры, сильно изменились. Ныне они твердые и плотные. С ними связано образование многих полезных ископаемых: строительного камня, слюды, никелевой руды, каолина, золота, молибдена, меди, кобальта, радиоактивных минералов, железа.

В архейскую эру в теплых водах первичного океана протекали различные химические реакции между солями, щелочами и кислотами. Им благоприятствовали солнечная радиация, плотная атмосфера, ионизация воды, вызываемая разрядами огромных молний.

В конце архейской эры в морях появляются комочки белкового вещества, положившие начало всему живому на Земле. Основой синтеза первичных белковых веществ, несомненно, являлись аминокислоты. Но как же возникли сами аминокислоты?

Результаты радиоастрономических исследований убедительно свидетельствуют о том, что в космосе имеется множество химических веществ, в состав которых входят элементы – органогены (водород, углерод, азот, сера, фосфор), производные мочевины и других органических соединений. Таким образом, сложные и разнообразные соединения углерода Земля, по определению академика А. И. Опарина, «получила в наследство от космоса».

Абиогенные органические соединения характерны также для земной коры. Они образуют карбосферу, существующую и в современных условиях (например, в жерлах вулканов).

Битумы и многие другие органические вещества были обнаружены в газожидкостных включениях древних минералов магматического происхождения.

Существование карбосферы земной коры, органические соединения космоса, солнечные лучи, радиация в конце концов послужили причиной образования первичных аминокислот.

Чрезвычайно благоприятствовала возникновению и развитию жизни на Земле относительно постоянная на протяжении последних 3 млрд. лет температура ее поверхности.

У первых живых существ не было ни раковин, ни панциря, ни твердого скелета. Поэтому в породах архейской эры не встречаются их отпечатки. Однако отложения известняка и графита архейской эры, которые могли образоваться лишь в результате деятельности живых организмов, свидетельствует об их существовании в то время.

 

Протерозойская эра

 

В отложениях протерозоя мы уже находим следы ползания червей, отпечатки кишечнополостных, иглы губок, раковины простейших – существ довольно сложных в биологическом отношении. Эволюционный процесс проходит от простых к сложным организмам. Следовательно, возникновение протерозойских существ было невозможно без длительного эволюционного процесса, который ведет свое начало от комочков цитоплазмы, появившихся в архейских морях.

В протерозойских отложениях был найден углеобразный материал шунгит. Это свидетельствует о появлении в протерозойской эре растений, из остатков которых образовался уголь. Отложения мрамора позволяют сделать вывод о том, что в протерозое жили животные с известковыми раковинами. С течением времени образовавшиеся из отложений этих раковин известняки превратились в мрамор.

Первыми из известных в настоящее время групп существ в протерозойских морях были, по‑видимому, жгутиковые, находящиеся на грани между растительным и животным миром. От них произошли водоросли, грибы и все группы животного мира.

В протерозойскую эру от колониальных одноклеточных организмов, клетки которых стали выполнять различные функции, произошли первые многоклеточные организмы. Ими были губки, археоциаты (похожие на губок животные). Жизнь в то время была тесно связана с морем. На суше никаких организмов не было, кроме, возможно, бактерий, которые могли приспособляться к самым разнообразным условиям. Но что представляли собой архейские или протерозойские бактерии, можно только предполагать.

В породах протерозоя найдены отложения моря, суши, рек, гор, пустынь и ледников. Следовательно, климат протерозоя был довольно разнообразен. Морские отложения покрыты отложениями вулканов, на которых также залегают морские отложения. Из этого можно заключить, что периоды спокойного развития земной коры протерозоя сменялись бурными горообразовательными процессами.

С протерозойскими отложениями связано множество полезных ископаемых: железные руды, мрамор, графит, никелевая руда, пьезокварц, каолин, золото, слюда, тальк, молибден, медь, висмут, вольфрам, кобальт, радиоактивные минералы, драгоценные камни. На юге территории Украины в то время было мелкое море, окруженное со всех сторон горными хребтами. Горы выветривались, а продукты выветривания откладывались на дне моря. В конце протерозоя благодаря горообразовательным процессам на месте моря возникли горы, а осадочные отложения метаморфизировались. Так образовалось месторождение железных руд Криворожского бассейна.

Продолжительность протерозойской эры – 2 млрд. лет.

 

Палеозойская эра

 

Палеозойская эра началась 600 млн. лет тому назад. Различают шесть ее периодов: кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный, пермский.

В палеозое прошли два горообразовательных процесса: каледонский (в кембрии – нижнем девоне) и герцинский (в верхнем карбоне – перми), в результате которых неоднократно изменялись очертания материков и морей. Палеозойские отложения представлены главным образом глинами, известняками, доломитом, мергелями, песчаниками, солью и каменным углем.

На протяжении палеозойской эры органический мир завоевал сушу. Среди животных появились первые позвоночные, среди растений – споровые и хвойные.

 

 

Кембрийский период

Кембрийский период получил свое название от графства Кембрий (Англия), так как здесь были впервые описаны отложения кембрийского периода.

На месте Северной Америки и Гренландии в кембрии находился материк Лавренция. Южнее Лавренции простирался Бразильский материк.

Африканский материк включал в то время Африку, Мадагаскар и Аравию. Севернее его был расположен небольшой Русский материк.

Довольно широкий морской бассейн отделял Русский материк от Сибирского, находившегося на месте современной Западной Сибири. Там, где сейчас Китай, был Китайский материк, а на юге от него – громадный Австралийский материк, охватывавший территорию современной Индии и Западной Австралии. В это время сформировались Северные Аппалачи, горы Чингизтау в Казахстане и Салаиро‑Саянский хребет.

Из кембрийских отложений наиболее распространены известняки, доломиты, глинистые сланцы. Часто встречаются и отложения мелководных лагун: песчаники и глины с пластами каменной соли и гипса.

В северном полушарии можно выделить несколько зон, в которых климат был сухим и жарким. В этих местах откладывались мощные слои солей и гипса. Известняковые отложения Австралии с трещинами высыхания также свидетельствуют о жарком и сухом климате на Австралийском материке в кембрийский период.

Климат Африканского материка был, по‑видимому, теплым и влажным. В Южной Австралии, Китае и Норвегии были ледники. При сравнении берегов кембрийских морей с берегами современных морей можно сделать вывод о том, что большая часть земной поверхности в кембрийский период представляла собой сушу. В мелководных морях было множество вулканических островов. Кембрийская флора и фауна распространились на земном шаре из кембрийских тропических морей.

Вся жизнь в кембрийский период была тесно связана с водной средой. На суше жизни еще не было. Из растений кембрийского периода известны жившие в морской воде известковые водоросли. После их отмирания образовывались скопления известняка, известные под названием онкоидов. Без сомнения, в кембрийских морях были и другие водоросли: сине‑зеленые, красные. Но у них не имелось твердых образований, поэтому до нашего времени их остатки не сохранились.

Водоросли, выделяя свободный кислород, значительно изменили состав кембрийской атмосферы. Это создало возможность для развития других форм жизни, в частности тех групп животных, которые потребляют свободный кислород. Наши знания о животном мире кембрийского периода весьма ограничены. Кембрийские породы неоднократно подвергались метаморфизации, приведшей к исчезновению многих отпечатков и окаменелостей. Многие кембрийские отложения еще не изучены. Лучше всего изучены животные, обитавшие в мелководных морях близ побережья. Фауна же относительного глубоководья и открытого океана нам почти неизвестна.

Наряду с многочисленными представителями одноклеточных организмов в морях кембрийского периода обитали и колониальные организмы. Сохранилось множество окаменевших ходов, проложенных какими‑то червеобразными существами. Из кембрийских отложений известны лишь отдельные представители распространенного в наше время типа моллюсков. Раковины двустворчатых и брюхоногих моллюсков похожи на современные пресноводные формы. Из головоногих моллюсков известны крупные роговые организмы, раковины которых делились на камеры‑трубки длиной около 8 мм и шириной 1 мм. Внутри камер размещалась тонкая трубка (сифон).

Очень распространены были в то время брахиоподы – животные, раковина которых открывалась снизу вверх. На раковинах многих брахиопод имелись боковые выступы. Внутри раковины находились мясистые органы, выполнявшие дыхательные и выделительные функции. Маленькое червеобразное тело этих животных украшали две жаберные «руки». Все брахиоподы – морские животные. Некоторые из них достигали 25 см в длину. У одних были известковые раковины, у других – хитиновые, по своему составу напоминающие хитиновые скелеты и панцири современных насекомых, раков и других беспозвоночных. Образовывались подобные раковины из выделяемого кожей углеобразного азотсодержащего вещества.

Характерные брахиоподы кембрийского периода – лингула и оболюс. Они обладали хитиновыми раковинами, пропитанными соединениями кальция. Примечательно, что брахиоподы дожили до наших дней, почти не изменившись.

Из животных, которые, подобно брахиоподам, прикреплялись к морскому дну, можно указать еще морских губок. Кембрийские морские губки относятся к семействам четырех‑ и шестилучевых губок. Они, в отличие от современных, имели иглы, свободно расположенные в мягкой ткани.

Представителями иглокожих являлись многочисленные роды так называемых цистоидей. Тело этих животных покрывал панцирь из известковых пластинок.

Настоящие кораллы в кембрийских отложениях не найдены. Наиболее характерная группа животных для кембрийского периода – археоциаты. Они были от нескольких сантиметров до метра высотой. Вымерли археоциаты в кембрии. По своему строению животные походили на кишечнополостных очень примитивной организации. Название «археоциаты» означает «древние чаши», и, действительно, по внешнему виду они напоминали бокалы или чаши. В теле животных имелась центральная полость, окруженная двойными стенками с вертикальными и горизонтальными перегородками и многочисленными отверстиями. По мнению многих ученых, археоциаты – предки губок и кораллов, которые в дальнейшем, заселив те участки моря, где обитали археоциаты, вытеснили своих предшественников, так как обладали гораздо более современной организацией. В наше время от этих удивительных животных остались лишь отдельные известковые рифы.

 

 

Археоциаты и трилобиты.

 

Характерными представителями животного мира всей палеозойской эры были трилобиты – морские жабродышащие членистоногие животные. Спинная часть тела трилобита делится по длине на среднюю выступающую часть и более плоские боковые части. По ширине тело делится на три отдела – щита: головной (на нем были расположены глаза), грудной (движущиеся сегменты) и брюшной (с разным числом более или менее сросшихся сегментов). На всех грудных и брюшных сегментах имелись двуветвистые парные конечности. Хвостовой щит имел вид круглого придатка, длинных шипов либо небольшой пластинки. Брюшная сторона тела трилобитов была мягкой, кожистой и, видимо, мало содержала соединений кальция. Подрастая, животные линяли. Отсутствие челюстных зубов говорит о том, что трилобиты питались органическим илом, а яйцеобразное тело и вытянутый хвостовой щит – о том, что они жили преимущественно в стоячей воде. Одни из них были подвижными и быстро бегали по дну, другие – малоподвижными, некоторые жили в иле. Приспосабливаясь к различным условиям обитания, трилобиты постепенно изменялись. У тех из них, которые зарывались в ил, были глаза на стебельках, как у современных раков, те же, которые жили в мутной воде, совсем утратили орган зрения. В среднем кембрии в Америке появляются крупные овальные трилобиты с гладкими щитами. Их головные и хвостовые щиты были почти равной величины, мало расчлененными. В иле жили и черви. В морях кембрийского периода было необычайно много медуз.

Нам не известны предковые формы, от которых произошли беспозвоночные кембрийского периода. Все они появились в протерозое, но, не обладая твердыми скелетами или раковинами, не оставили после себя следов. Возможно, следы исчезли в результате различных геологических процессов. Вероятнее всего, предками моллюсков, трилобитов, брахиопод являлись червеобразные существа, обитавшие в морях раннего протерозоя.

Продолжительность кембрийского периода – 70 млн. лет.

Основные полезные ископаемые этого времени: медь, серный колчедан, платина, золото, мышьяк, полиметаллы, гипсы, газы, каменная соль.

 

 

Ордовикский период

Отложения ордовика были выделены в Англии и описаны английским геологом Р. Мурчисоном. По решению XXI сессии Международного геологического конгресса ордовик выделен в самостоятельную систему.

Материк Лавренция в ордовикский период распался на четыре больших и ряд более мелких островов. На месте Русского материка образовались два больших острова, разделенных узким проливом. Почти половина территории Сибирского и Китайского материков была залита мелким морем.

В южном полушарии образовался огромный материк – Гондвана, включавший современную Южную Америку, южную часть Атлантического океана, Африку, Индийский океан, Австралию, Северную Азию. Начинают формироваться Северный Тянь‑Шань, Алтай, Австралийские Кордильеры, Западно‑Сибирские хребты.

В существовавших на территории Урала, Чукотки и Кордильер морских бассейнах действовали тысячи вулканов, давших мощные отложения вулканических пород.

Среди пород ордовика преобладают морские отложения – песчаники, известняки, сланцы. По сравнению с отложениями кембрия среди ордовикских отложений меньше лагунных образований – гипсов, солей, известняков, доломитов. Климат в ордовикский период становится более теплым и мягким, о чем свидетельствует большое распространение известняков: строматопоровых, коралловых, криноидных, трилобитовых и цефалоподовых. Значительно возросла площадь моря. Экваториальное первичное море затопило обширные площади кембрийских материков.

Полностью исчезает южная сухая зона. Сокращается площадь северных пустынь. В результате этих изменений изменяется также животный и растительный мир. Горные материки, вклинившиеся между морскими бассейнами, препятствовали расселению животных и растений по земному шару. Вот почему фауна и флора европейского ордовика отличаются от индийской и восточно‑азиатской.

В конце кембрийского периода вулканические извержения заполняют туфами и лавами морские бассейны. Одновременно морское дно значительно опускается. Все это обусловило накопление мощных толщ осадочных пород, в частности черного ила, состоящего из вулканического пепла, песка, обломочных пород.

Почти не претерпели изменений в этот период водоросли. Морская фауна характеризовалась таким богатством форм, что ордовикский период представляется нам важнейшей эпохой всей истории Земли. Именно в ордовике сформировались основные типы морских организмов. По сравнению с кембрием значительно возрастает количество трилобитов. В ордовике много крупных трилобитов (до 50–70 см) появляется и в Европе. Это свидетельствует о том, что они себя хорошо чувствовали в новых условиях.

Благодаря миграции фауны с запада на восток и приспособлению к новым условиям в ордовикских морях появляется 77 новых родов трилобитов. Внешнее строение тела свидетельствует о том, что трилобиты вели разный образ жизни. Их глаза имели от 10 до 1200 фасеток. Встречались и слепые трилобиты. Число туловищных члеников (сегментов) колебалось у разных видов от 2 до 29. Тело было покрыто шипами для защиты от врагов или совершенно гладким, хорошо приспособленным к ползанию в иле. Иногда тело покрывали длинные острые шипы, увеличивавшие его поверхность, что позволяло животному свободно держаться в воде.

В ордовикских отложениях найдены все важнейшие группы животных, обитавших в морях в более позднее время. В рыхлых зеленых песчаниках вблизи Ленинграда встречается много ядер фораминифер. В черных сланцах находят радиолярий. Довольно многочисленны в ордовикских отложениях губки, в скелете которых имелись кремнеземные иголочки: циатофикас, высотой до 12 см, и брахиоспондия, высотой до 30 см с 12 корневыми отростками.

Морские губки были четырех‑ и шестилучевые. Особенно красивыми иглами отличались четырехлучевая эутаксиксадима шестилучевая рецептакулитида. Тело первой, величиной с вишню, обладало волокнистой структурой. Каждое из волоконец представляло собой шестигранную трубку, состоявшую из маленьких четырехлучевых иголочек, сплетавшихся так тесно, что отделить хотя бы одну из них очень трудно. Шестилучевые губки появились впервые в раннем ордовике. Круглое, плоское, грушевидное или блюдцевидное тело этого существа было покрыто щитом из ромбических пластинок. Под каждой пластинкой находился пустой заостренный столбик. Столбики соединялись с внутренними пластинками. Все это составляло внутреннюю раковину.

Появились первые кораллы, однако особого значения в природе они пока не имели. Из моллюсков самыми распространенными были наутилоидеи и гастроподы. Раковины наутилоидей были прямыми. Сам моллюск помещался в жилой камере, остальные камеры заполнял газ. Заполняя эти камеры водой, моллюск мог погружаться на значительные глубины, а вытесняя воду газом, всплывать на поверхность. Появились граптолиты, имевшие вид веточек, спиралей, петелек. Они жили колониями, прикреплялись к водорослям или свободно плавали с помощью пузыря.

В ордовикский период впервые появляются мшанки и табуляты, особенно распространившиеся в силурийский период.

Бурно развиваются брахиоподы. Если в кембрии их было 18 родов, то в ордовике существовал уже 41 род этих животных.

Иглокожих в ордовике представляли многие виды цистоидей, тело которых покрывал известковый панцирь. Круглое ротовое отверстие защищала пластинка. Значительное распространение форм цистоидей дает основание считать их предками морских лилий, морских ежей и морских звезд, поскольку разные цистоидеи имели много общего в строении с этими большими группами животных.

Ордовикский период продолжался 60 млн. лет. В его отложениях залегают полиметаллические и железные руды, фосфориты, горючие сланцы, строительное материалы, нефть.

 

 

Силурийский период

Силурийский период назван в честь древнего кельтского племени силуров. Он подразделяется на два отдела: нижний и верхний силур. В силуре в северном полушарии вновь образовался материк Лавренция. Наступавшее с юга на территорию Гондваны море образовало большой мелкий залив, почти разделивший Гондвану на две части. Другие материки и острова мало изменили свои очертания, приобретенные в кембрии.

Характернейшая особенность силурийского периода – постепенное опускание суши под воду. Море размывало многие сформировавшиеся прежде горные массивы и залило огромные площади. Медленное погружение суши и опускание дна океана привели к накоплению осадочных пород – мергелей, песчаников, доломитов, граптолитовых сланцев, брахноподовых и корраловых известняков.

В конце силура происходят горообразовательные процессы, благодаря которым образовались Скандинавские, Кембрийские горы, а также горы Южной Шотландии и Восточной Гренландии. На месте Сибири образовался большой материк Ангарида, частично сформировались Кордильеры. Климат на протяжении всего силурийского периода, вероятно, был теплым, влажным и лишь в конце силура на севере он стал сухим и жарким.

В силурийском периоде жизнь проникает на сушу. Первые наземные растения, остатки которых найдены в силурийских отложениях, получили название псилофитов, что значит безлистые, голые растения. Высотой они были не более полуметра. По внешнему виду растения напоминали современные сфагновые мхи, однако имели более простую организацию. По своему строению псилофиты похожи на бурые водоросли, от которых они, по‑видимому, и произошли. Росли псилофиты в увлажненных местах или в мелких водоемах.

Ветвление у псилофитов было дихотомическим, то есть каждая ветка разделялась на две. Их тело еще четко не расчленялось на корневую и стебельную части. Вместо корней у них были отростки – ризоиды, которыми они прикреплялись к почве. Роль листьев выполняла чешуя. На концах веток псилофитов располагались органы размножения – спорангии, в которых развивались споры.

Среди растений силурийских водных бассейнов преобладали водоросли: зеленые, сине‑зеленые, красные, сифоновые, бурые, почти не отличавшиеся по своему строению от современных водорослей. Такое сходство натолкнуло некоторых исследователей на мысль о том, что в отдельных частях современных океанов температура, соленость и другие особенности воды сохранились такими же, какими они были в то отдаленное время.

Животный мир силурийского периода представлен главным образом теми же типами беспозвоночных, которые жили и в ордовике. Довольно распространенными были трилобиты (свыше 80 видов), моллюски (свыше 760 видов), брахиоподы (свыше 290 видов) и морские лилии, чашечки которых имели характерные для цистоидей ромбические поры. В позднем силуре появляются многочисленные представители морских звезд и морских ежей.

Среди силурийских двустворчатых моллюсков большое значение приобретают таксодонты, гетеродонты, десмодонты. Характерной особенностью некоторых из этих животных было то, что их створки загибались в противоположные стороны.

В солоноватоводных бухтах обитало множество тонкораковинных форм.

Брюхоногие моллюски силура выделялись весьма любопытными особенностями. У подавляющего большинства раковина была завернута вправо. Кроме того, некоторые из них имели шаровидную раковину с разрезом посредине, постепенно зараставшим либо превращавшимся в ряд дырочек.

Значительно распространились в морях силурийского периода головоногие моллюски. Представители небольшого рода – вольбортелла – с роговой раковиной, жившие в кембрийский и ордовикский периоды, дали многочисленных потомков (крупных и малых) с округлыми и гладкими известняковыми раковинами. Это свидетельствует об их большой подвижности.

В отличие от брюхоногих моллюсков, тело которых почти полностью заполняло раковину, головоногие моллюски жили в камере, отделенной от других камер перегородкой. В перегородках между нежилыми камерами имелись круглые отверстия, через которые проходила ткань в виде тяжа, так называемый сифон.

К наступлению половой зрелости тело моллюска полностью заполняло жилую камеру. Отложив яйца, моллюск сжимался, и жилая камера становилась слишком большой для моллюска; тогда и возникала перегородка, уменьшавшая объем жилой камеры. Моллюск снова рос, увеличивалась жилая камера, и со временем возникала новая перегородка.

Самые известные представители головоногих – ортоцерасы. Их мягкое тело напоминало современных осьминогов, но в отличии от осьминогов ортоцерасы имели длинную прямую раковину, сильно напоминавшую прямой рог. Отсюда и их название «ортоцерасы», что в переводе значит «прямой рог». Их длина достигала 1 метра. Плавали ортоцерасы раковиной вперед, а в спокойном состоянии повисали с помощью воздушных камер и хватательных щупалец, распуская их как парашюты. Ортоцерасы – предки всех головоногих, имевших перегородки. Их потомок – наутилус – живет и в настоящее время.

В силурийский период наряду с трилобитами появляется своеобразная группа животных, тело которых было покрыто плотным панцирем с многочисленными шипами и состояло из сегментов (5 головных, 7 грудных и 6 брюшных) и овального хвостового плавника или концевой иглы. Этих животных называют ракоскорпионами. Подвижные, хорошо вооруженные, они являлись подлинными властителями силурийских морей.

У наиболее характерного представителя ракоскорпионов – эвриптеруса – на ногах были иглы. У птериготуса первая пара ног преобразовалась в длинные клешни. На конце тела у него имелись шипы, которыми он убивал свою добычу.

 

 

Ракоскорпион птериготус.

 

В позднем силуре появляются первые животные, дышавшие легкими. Близкие родственники современных скорпионов, они, однако, имели много общего с ракоскорпионами, то есть были переходной группой от ракоскорпионов к современным скорпионам.

Из представителей кораллов самыми распространенными являлись табуляты – червеобразные животные с известняковыми трубочками. Они жили колониями. Трубочки разделялись на камеры перегородками. Иногда, помимо перегородок, у них были еще длинные ряды коротких шипов или продольных ребер.

В среднем силуре появляются первые представители настоящих кораллов. Они жили отдельными особями. Их чашечка высотой до 20 см имела прочную наружную стенку. У одних кораллов было четкое четырехлучевое строение, у других – двусторонне‑симметричное строение, лежащее в основе строения всех кораллов и наблюдающееся даже в зародышевых формах современных кораллов. От четырех отрядов ордовикских плавающих остракод произошли 23 рода силурийских, величиной 22–80 мм. Среди иглокожих в силуре появляются настоящие бластоидеи, офиуры, морские звезды, настоящие морские ежи.

Силурийские рыбы еще не имели внутреннего костного скелета. Их тело и ротовая полость были сплошь покрыты маленькими кожными зубами. Среди рыб встречались костно‑щитковые, бесщитковые и разнощитковые. В позднем силуре появились настоящие челюстные рыбы с парными плавниками и сложным скелетом.

В среднем силуре от Европы до Сибири, от Канады до Аргентины распространились конусовидные, прямые или свернутые в спираль граптолиты. В конце силура они почти полностью вымерли. Близкие родственники иглокожих – граптолиты большими группами прикреплялись ко дну, скалам, водорослям. У отдельных граптолитов были нежные парашюты, благодаря которым они свободно плавали в морской воде. Их наружные скелеты состояли из хитинообразного вещества. Животные обитали главным образом вблизи низких берегов, в лагунах, на небольших глубинах, где откладывались глинистые осадки, богатые органическими веществами.

Когда в конце силура в результате тектонических движений берега поднялись, вблизи их началось отложение грубого обломочного материала. Усилился прибой. Сложившиеся условия оказывали отрицательное влияние на граптолитов, поэтому их жизненный ареал значительно сократился. Вблизи берегов стали появляться кораллы, брахиоподы, мшанки, для которых новые условия были чрезвычайно благоприятными. Новые роды рыб наутилоидей питались граптолитами, что также привело к значительному уменьшению их численности. Граптолитами питались, вероятно, и ракоскорпионы. Когда же в начале девона появилось множество хороших пловцов – позвоночных и аммоноидей, граптолиты совершенно исчезли.

Основные полезные ископаемые силурийского периода: железные руды, золото, медь, горючие сланцы, фосфориты и барит.

Силурийский период длился 35 млн. лет.

 

 

Девонский период

Девонские отложения впервые были описаны в английском графстве Девоншир. Девонский период подразделяется на три отдела: нижний, средний и верхний. В девоне северные материки образовали единый большой материк Атлантию, восточнее которого находилась Азия. Продолжает существовать Гондвана. Огромные материки были перегорожены горными хребтами, которые, разрушаясь, заполняли обломками впадины между горами. Климат стал сухим и жарким. Пересыхали озера и лагуны, а входившие в состав их вод соли и гипсы выпадали в осадок, образуя соленосные и гипсоносные толщи. Усиливается вулканическая деятельность.

В среднем девоне море вновь наступает на сушу. Возникают многочисленные впадины. Их постепенно заливает море. Климат становится теплым и влажным. В верхнем девоне моря снова обмелевают, возникают небольшие горы, которые в дальнейшем были почти полностью разрушены. Наиболее характерные отложения девонского периода – континентальные красные песчаники, сланцы, гипсы, соль, известняки.

Существенным образом изменились физико‑географические условия, приведшие к изменению флоры и фауны.

В водах девонских морей и океанов жили многочисленные водоросли: сифоновые, сине‑зеленые, красные, в лагунах – харовые.

Появившиеся в силурийский период псилофиты в раннем девоне уже имели более сложную организацию. Их тело довольно четко разделялось на корень, стебель и ветки. От них в среднем девоне произошли примитивные папоротники. У псилофитов уже был деревянистый стебель. Ветки этих растений начинают выполнять различные функции, а их концевые части постепенно превращаются в рассеченные листья, с помощью которых осуществляется фотосинтез. Произрастают и другие потомки псилофитов: плаунообразные и членистостебельные, с более сложной организацией, чем у псилофитов. Они постепенно вытесняют своих предков, захватывая их места и расселяясь во влажных местностях, в мелких лагунах и болотах. В верхнем девоне псилофиты исчезают. Появляются первые семенные папоротники, кордаитовые и настоящие папоротники.

Споровые псилофиты, примитивные папоротники, плауновые, членистостебельные произрастали в увлажненных и болотистых местах, образуя густые заросли. Они достигали 30 м высоты и одного метра толщины. Растения размножались спорами, прораставшими в росток лишь во влажной среде.

У первых семенных растений на верхушках специализированных листьев были семенные зачатки, лежавшие открыто на листьях. Поэтому растения и получили название голосеменных. Они представляли собой уже настоящие деревья с настоящими листьями и органами размножения в виде шишек. Голосеменные могли размножаться непосредственно на суше, поскольку для прорастания семян водная среда не нужна. Кроме того, семена являются многоклеточным органом со значительным количеством запасных питательных веществ, которые обеспечивают зародыш в начале его жизни всем необходимым, а семенной покров хорошо предохраняет его от воздействия неблагоприятных условий. Все это дало возможность голосеменным широко распространиться на суше. И хотя споровые растения продолжали существовать, господствующее положение среди растений постепенно занимают голосеменные.

Сухой жаркий климат на материках привел к высыханию многих рек, озер, болот, лагун, мелких внутриконтинентальных морей. Из водных животных выживали лишь те, которые, помимо жабер, позволявших им жить в воде, обладали еще и легкими. При высыхании водоемов они могли дышать атмосферным воздухом. К ним относятся прежде всего двоякодышащие рыбы, имевшие роговые зубы и острые ребра. В 1870 г. в двух небольших реках Австралии были выявлены живые экземпляры двоякодышащих рыб, строение которых сильно напоминало их ископаемых предков. Впоследствии в Африке и Южной Америке также были найдены живые двоякодышащие рыбы.

Кроме них, в пересыхающих водоемах девонского периода водились кистеперые рыбы. С помощью плавников, напоминавших кисть, кистеперые рыбы способны были ползать. Плавательный пузырь у них был обогащен кровеносными сосудами и играл роль легких. Таким образом, кистеперые рыбы могли дышать воздухом и переползать из лагуны в лагуну в поисках пищи и воды. Скелет кистеперых почти полностью окостенел. Череп состоял из костей, присутствующих в черепах высших позвоночных животных. Следовательно, кистеперые рыбы являлись предками всех наземных позвоночных, в том числе и амфибий, появившихся в верхнем девоне. Это были уже настоящие наземные животные. Они обитали на суше, хотя и имели еще много общего с рыбами – форму черепа, чешую, жаберные крышки.

В 1938 г. в водах Индийского океана у юго‑восточных берегов Африки были найдены живые ископаемые – кистеперые рыбы. Их называют целакантусами, или латимериями. Живут целакантусы на значительных глубинах. Они – хищники. Особый интерес вызывают найденные в Пенсильвании окаменевшие следы лап. На трех пальцах из пяти имелись когти. Хорошо виден след хвоста, который тянулся за туловищем животного. Вероятно, этот след принадлежит кистеперой рыбе, передвигавшейся в поисках водоемов по девонской суше.

Иногда девонский период называют периодом рыб. И действительно, в морях и озерах девонского периода обитало огромное множество различных рыб. Помимо кистеперых и двоякодышащих, до конца палеозоя там жили ганоидные рыбы. Они имели толстую чешую ромбической формы, располагавшуюся косыми рядами. Позднее ганоидных рыб вытеснили более совершенные формы. В морях размножились рыбы с твердым кожным скелетом, с панцирными щитками, кожными зубами. В то отдаленное время, когда достигшие своего первого расцвета, позвоночные дали многочисленные ответвления, существовали формы и с примитивной внутренней организацией. Несколько десятков лет назад особое внимание привлекли небольшие ископаемые рыбы – палеоспондулюсы. Их нашли в сером тонкослоистом песчанике среди множества остатков других рыб и растений. Венчик нитевидных ротовых присосок напоминал присоску бесплавниковых рыб, находившихся на самой низкой ступени развития. Поэтому их отнесли к бесплавниковым. При помощи специального метода