Возникновение Земли и ранние этапы ее становления

Одной из важных задач современного естествознания в области наук о Земле является восстановление истории ее развития . По современным космогоническим представлениям, Земля образовалась из рассеянного в протосолнечной системе газопылевого вещества. Один из наиболее вероятных вариантов возникновения Земли выглядит следующим образом. Вначале образовались Солнце и уплощенная вращающаяся околосолнечная туманность из межзвездного газопылевого облака под влиянием, например, взрыва близкой сверхновой звезды. Далее происходила эволюция Солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом момента количества движения от Солнца планетам. В последующем «пыльная плазма» конденсировалась в кольца вокруг Солнца, а материал колец образовал так называемые планетезимали, которые конденсировались до планет. После этого подобный процесс повторился вокруг планет, что привело к образованию спутников. Считается, что этот процесс занял около 100 млн лет.

Предполагается, что далее в результате дифференциации вещества Земли под действием ее гравитационного поля и радиоактивного нагрева возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки - геосферы Земли. Более тяжелый материал сформировал ядро, состоящее, вероятно, из железа с примесью никеля и серы. В мантии остались несколько более легкие элементы. Согласно одной из гипотез, мантия сложена простыми оксидами алюминия, железа, титана кремния и др. О составе земной коры уже говорилось достаточно подробно в § 8.2. Она сложена более легкими силикатами. Еще более легкие газы и влага сформировали первичную атмосферу.

Как уже говорилось, предполагается, что Земля родилась из скопления холодных твердых частиц, выпадавших из газопылевой туманности и слипавшихся под влиянием взаимного притяжения. По мере роста планеты она разогревалась вследствие соударения этих частиц, достигавших нескольких сот километров, подобно современным астероидам, и выделения теплоты не только известными нам теперь в коре естественно -радиоактивными элементами, но и более чем 10 вымершими с тех пор радиоактивными изотопами AI, Be, Cl и др. В результате могло происходить полное (в ядре) или частичное (в мантии) плавление вещества. В начальный период своего существования, примерно до 3,8 млрд лет, Земля и другие планеты земной группы, а также Луна подвергались усиленной бомбардировке мелкими и крупными метеоритами. Следствием этой бомбардировки и более раннего соударения планетезималей могло стать выделение летучих и начало образования вторичной атмосферы, так как первичная, состоявшая из газов, захваченных при образовании Земли, скорее всего быстро рассеялась в космическом пространстве. Несколько позже стала формироваться гидросфера. Сформировавшиеся таким образом атмосфера и гидросфера пополнялись в процессе дегазации мантии при вулканической деятельности.

Падение крупных метеоритов создавало обширные и глубокие кратеры, подобные наблюдаемым в настоящее время на Луне, Марсе, Меркурии, где следы их не стерты последующими изменениями. Кратерообразование могло провоцировать излияния магмы с образованием базальтовых полей, подобных покрывающим лунные «моря». Так, вероятно, образовалась первичная кора Земли, которая, однако, не сохранилась на современной ее поверхности, за исключением относительно небольших фрагментов в «более молодой» коре континентального типа.

Эта кора, содержащая в своем составе уже граниты и гнейсы, правда, с меньшим содержанием кремнезема и калия, чем в «нормальных» гранитах, появилась на рубеже около 3,8 млрд лет и известна нам по обнажениям в пределах кристаллических щитов практически всех континентов. Способ образования древнейшей континентальной коры пока во многом неясен. В составе этой коры, повсеместно метаморфизованной в условиях высоких температур и давлений, находят породы, текстурные особенности которых свидетельствуют о накоплении в водной среде, т.е. в эту отдаленную эпоху уже существовала гидросфера. Возникновение первой коры, подобной современной, требовало поступления из мантии больших количеств кремнезема, алюминия, щелочей, в то время как сейчас мантийный магматизм создает очень ограниченный объем обогащенных этими элементами пород. Считается, что 3,5 млрд лет назад на площади современных континентов была широко распространена серогнейсовая кора, названная так по преобладающему типу слагающих ее пород. В нашей стране она, например, известна на Кольском полуострове и в Сибири, в частности в бассейне р. Алдан.

Принципы периодизации геологической истории Земли

Дальнейшие события в геологическое время часто определяются, согласно относительной геохронологии, категориями «древнее», «моложе». Например, какая-то эра древнее некоторой другой. Отдельные отрезки геологической истории называются (в порядке уменьшения их продолжительности) зонами, эрами, периодами, эпохами, веками. Их выявление основано на том факте, что геологические события запечатлеваются в горных породах, а осадочные и вулканогенные породы располагаются в земной коре слоями. В 1669 г. Н. Стеной установил закон последовательности напластования, согласно которому нижележащие пласты осадочных пород древнее вышележащих, т.е. образовались ранее их. Благодаря этому появилась возможность определения относительной последовательности образования слоев, а значит, связанных с ними геологических событий.

Основным в относительной геохронологии является биостратиграфический, или палеонтологический, метод установления относительного возраста и последовательности залегания пород. Этот метод был предложен У. Смитом в начале XIX в., а затем развит Ж. Кювье и А. Броньяром. Дело в том, что в большинстве осадочных пород можно встретить остатки животных или растительных организмов. Ж.Б. Ламарк и Ч. Дарвин установили, что животные и растительные организмы в течение геологической истории постепенно совершенствовались в борьбе за существование, приспосабливаясь к изменяющимся условиям жизни. Некоторые животные и растительные организмы на определенных стадиях развития Земли вымирали, на смену им приходили другие, более совершенные. Таким образом, по остаткам ранее живших более примитивных предков, найденным в каком-нибудь пласте, можно судить об относительно более древнем возрасте данного пласта.

Еще один метод геохронологического расчленения пород, особенно важный для расчленения магматических образований океанического дна, основан на свойстве магнитной восприимчивости горных пород и минералов, образующихся в магнитном поле Земли. С изменением ориентировки породы относительно магнитного поля или самого поля часть «врожденной» намагниченности сохраняется, а смена полярности запечатлевается в изменении ориентировки остаточной намагниченности пород. В настоящее время установлена шкала смены таких эпох.

Абсолютная геохронология - учение об измерении геологического времени, выраженного в обычных абсолютных астрономических единицах (годах), - определяет время возникновения, завершения и длительность всех геологических событий, в первую очередь время образования или преобразования (метаморфизма) горных пород и минералов, так как по их возрасту определяется возраст геологических событий. Основным методом здесь является анализ соотношения радиоактивных веществ и продуктов их распада в горных породах, образовывавшихся в разные эпохи.

Древнейшие породы в настоящее время установлены в Западной Гренландии (3,8 млрд лет). Самый большой возраст (4,1 - 4,2 млрд лет) получен по цирконам из Западной Австралии, но циркон здесь залегает в переотложенном состоянии в мезозойских песчаниках. С учетом представлений об одновременности образования всех планет Солнечной системы и Луны и возраста самых древних метеоритов (4,5-4,6 млрд лет) и древних лунных пород (4,0-4,5 млрд лет) возраст Земли принимается равным 4,6 млрд лет.

В 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе в Болонье (Италия) были утверждены основные подразделения совмещенных стратиграфической (для разделения слоистых осадочных пород) и геохронологической шкал. По этой шкале история Земли делилась на четыре эры в соответствии с этапами развития органического мира: 1) архейская, или археозойская - эра древнейшей жизни; 2) палеозойская - эра древней жизни; 3) мезозойская - эра средней жизни; 4) кайнозойская - эра новой жизни. В 1887 г. из состава архейской эры выделили протерозойскую - эру первичной жизни. Позднее шкала совершенствовалась. Один из вариантов современной геохронологической шкалы представлен в табл. 8.1. Архейская эра разделяется на две части: ранний (древнее 3500 млн лет) и поздний архей; протерозойская - также на две: ранний и поздний протерозой; в последнем выделяют рифейский (название произошло от древнего названия Уральских гор) и вендский периоды. Фанерозойский зон подразделяется на палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры и состоит из 12 периодов.

Таблица 8.1. Геохронологическая шкала

			Возраст (начало),
Фанерозой	Кайнозойская	Четвертичный
		Неогеновый
		Палеогеновый
	Мезозойская
		Триасовый
	Палеозойская	Пермский
		Каменноугольный
		Девонский
		Силурийский
		Ордовикский
		Кембрийский
Криптозой	Протерозойская	Вендский
		Рифейский
		Карельский
	Архейская
	Катархейская

Основные этапы эволюции земной коры

Кратко рассмотрим основные этапы эволюции земной коры как косного субстрата, на котором развилось многообразие окружающей природы .

В apxee еще довольно тонкая и пластичная кора под влиянием растяжения испытала многочисленные разрывы сплошности, через которые к поверхности вновь устремилась базальтовая магма, заполнившая прогибы длиной сотни километров и шириной многие десятки километров, известные как зелено-каменные пояса (этим названием они обязаны преобладающему зеленосланцевому низкотемпературному метаморфизму базальтовых пород). Наряду с базальтами среди лав нижней, основной по мощности части разреза этих поясов встречаются высокомагнезиальные лавы, свидетельствующие об очень большой степени частичного плавления мантийного вещества, что говорит о высоком тепловом потоке, намного превышавшем современный. Развитие зеленокаменных поясов заключалось в смене типа вулканизма в направлении увеличения содержания в нем диоксида кремния (SiO 2), в деформациях сжатия и метаморфизме осадочно-вулканогенного выполнения и, наконец, в накоплении обломочных осадков, свидетельствующих об образовании гористого рельефа.

После смены нескольких поколений зеленокаменных поясов архейский этап эволюции земной коры завершился 3,0 -2,5 млрд лет назад массовым образованием нормальных гранитов с преобладанием К 2 О над Na 2 O. Гранитизация, а также региональный метаморфизм, местами достигший высшей ступени, привели к формированию зрелой континентальной коры на большей части площади современных материков. Однако и эта кора оказалась недостаточно устойчивой: в начале протерозойской эры она испытала дробление. В это время возникла планетарная сеть разломов и трещин, заполнявшихся дайками (пластинообразными геологическими телами). Одна из них - Великая дайка в Зимбабве - имеет длину более 500 км и ширину до 10 км. Кроме того, впервые проявилось рифтообразование, давшее начало зонам прогибания, мощного осадконакопления и вулканизма. Их эволюция привела к созданию в конце раннего протерозоя (2,0-1,7 млрд лет назад) складчатых систем, вновь спаявших обломки архейской континентальной коры, чему способствовала новая эпоха мощного гранитообразования.

В итоге к концу раннего протерозоя (к рубежу 1,7 млрд лет назад) зрелая континентальная кора существовала уже на 60- 80% площади ее современного распространения. Более того, некоторые ученые полагают, что на этом рубеже вся континентальная кора составляла единый массив - суперконтинент Мегагею (большая земля), которому на другой стороне земного шара противостоял океан - предшественник современного Тихого океана - Мегаталасса (большое море). Этот океан был менее глубоким, чем современные океаны, ибо рост объема гидросферы за счет дегазации мантии в процессе вулканической деятельности продолжается всю последующую историю Земли, хотя и более медленно. Не исключено, что прообраз Мегаталассы появился еще раньше, в конце архея.

В катархее и начале архея появились первые следы жизни - бактерии и водоросли, а в позднем архее распространились водорослевые известковые постройки - строматолиты. В позднем архее началось, а в раннем протерозое завершилось коренное изменение состава атмосферы: под влиянием жизнедеятельности растений в ней появился свободный кислород, тогда как катархейская и раннеархейская атмосфера состояла из водяного пара, СО 2 , СО, СН 4 , N, NH 3 и H 2 S с примесью НС1, HF и инертных газов.

В позднем протерозое (1,7-0,6 млрд лет назад) Мегагея стала постепенно раскалываться, и этот процесс резко усилился в конце протерозоя. Следами его являются протяженные континентальные рифтовые системы, погребенные в основании осадочного чехла древних платформ. Важнейшим его результатом было образование обширных межконтинентальных подвижных поясов - Северо-Атлантического, Средиземноморского, Урало-Охотского, разделивших континенты Северной Америки, Восточной Европы, Восточной Азии и наиболее крупный обломок Мегагеи - южный суперконтинент Гондвану. Центральные части этих поясов развивались на новообразованной в процессе рифтогенеза океанской коре, т.е. пояса представляли собой океанские бассейны. Их глубина постепенно увеличивалась по мере роста гидросферы. Одновременно подвижные пояса развивались по периферии Тихого океана, глубина которого также возрастала. Климатические условия становились более контрастными, о чем свидетельствует появление, особенно в конце протерозоя, ледниковых отложений (тиллитов, древних морен и водно-ледниковых осадков).

Палеозойский этап эволюции земной коры характеризовался интенсивным развитием подвижных поясов - межконтинентальных и окраинно-континентальных (последние на периферии Тихого океана). Эти пояса расчленялись на окраинные моря и островные дуги, их осадочно-вулканогенные толщи испытывали сложные складчато-надвиговые, а затем сбрососдвиговые деформации, в них внедрялись граниты и на этой основе формировались складчатые горные системы. Этот процесс протекал неравномерно. В нем различают ряд интенсивных тектонических эпох и гранитного магматизма: байкальскую - в самом конце протерозоя, салаирскую (от хребта Са-лаир в Средней Сибири) - в конце кембрия, таковскую (от Таковских гор на востоке США) - в конце ордовика, каледонскую (от древнеримского названия Шотландии) - в конце силура, акадскую (Акадия - старинное название северо-восточных штатов США) - в середине девона, судетскую - в конце раннего карбона, заальскую (от р. Заале в Германии) - в середине ранней перми. Первые три тектонические эпохи палеозоя нередко объединяют в каледонскую эру тектогенеза, последние три - в герцинскую, или варисскую. В каждую из перечисленных тектонических эпох определенные части подвижных поясов превращались в складчатые горные сооружения, а после разрушения (денудации) входили в состав фундамента молодых платформ. Но некоторые из них частично испытывали активизацию в последующие эпохи горообразования.

К концу палеозоя межконтинентальные подвижные пояса полностью замкнулись и заполнились складчатыми системами. В результате отмирания Северо-Атлантического пояса Североамериканский континент сомкнулся с Восточно-Европейским, а последний (после завершения развития Урало-Охотского пояса) - с Сибирским, Сибирский - с Китайско-Корейским. В итоге образовался суперконтинент Лавразия, а отмирание западной части Средиземноморского пояса привело к его объединению с южным суперконтинентом - Гондваной - в одну континентальную глыбу - Пангею. Восточная часть Средиземноморского пояса в конце палеозоя - начале мезозоя превратилась в огромный залив Тихого океана, по периферии которого также поднялись складчатые горные сооружения.

На фоне этих изменений структуры и рельефа Земли продолжалось развитие жизни. Первые животные появились еще в позднем протерозое, а на самой заре фанерозоя существовали почти все типы беспозвоночных, но они еще были лишены раковин или панцирей, которые известны с кембрия. В силуре (или уже в ордовике) начался выход растительности на сушу, а в конце девона существовали леса, получившие наибольшее распространение в каменноугольном периоде. Рыбы появились в силуре, земноводные - в карбоне.

Мезозойская и кайнозойская эры - последний крупный этап развития структуры земной коры, который отмечен становлением современных океанов и обособлением современных континентов. В начале этапа, в триасе, еще существовала Пангея, но уже в раннем юрском периоде она снова раскололась на Лавразию и Гондвану вследствие возникновения широтного океана Тетис, протянувшегося от Центральной Америки до Индокитая и Индонезии, а на западе и на востоке он смыкался с Тихим океаном (рис. 8.6); этот океан включал и Центральную Атлантику. Отсюда в конце юры процесс раздвига континентов распространился к северу, создав в течение мелового периода и раннего палеогена Северную Атлантику, а начиная с палеогена - Евразийский бассейн Северного Ледовитого океана (Амеразийский бассейн возник раньше как часть Тихого океана). В итоге Северная Америка отделилась от Евразии. В поздней юре началось формирование Индийского океана, и с начала мела стала раскрываться с юга Южная Атлантика. Это означало начало распада Гондваны, существовавшей как единое целое в течение всего палеозоя. В конце мела Северная Атлантика соединилась с Южной, отделив Африку от Южной Америки. Тогда же Австралия отделилась от Антарктиды, а в конце палеогена произошло отделение последней от Южной Америки.

Таким образом, к концу палеогена оформились все современные океаны, обособились все современные континенты и облик Земли приобрел вид, в основном близкий к нынешнему. Однако еще не было современных горных систем.

С позднего палеогена (40 млн лет назад) началось интенсивное горообразование, достигшее кульминации в последние 5 млн лет. Этот этап становления молодых складчато-покровных горных сооружений, образования возрожденных сводово-глыбовых гор выделяют как неотектонический. Фактически неотектонический этап является подэтапом мезозойско-кайнозойского этапа развития Земли, так как именно на этом этапе оформились основные черты современного рельефа Земли, начиная с распределения океанов и континентов.

На этом этапе завершилось формирование основных черт современной фауны и флоры. Мезозойская эра была эрой пресмыкающихся, млекопитающие стали преобладать в кайнозое, а в позднем плиоцене появился человек. В конце раннего мела появились покрытосемянные растения и суша приобрела травяной покров. В конце неогена и антропогене высокие широты обоих полушарий были охвачены мощным материковым оледенением, реликтами которого являются ледниковые шапки Антарктиды и Гренландии. Это было третье крупное оледенение в фанерозое: первое имело место в позднем ордовике, второе - в конце карбона - начале перми; оба они были распространены в пределах Гондваны.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Что такое сфероид, эллипсоид и геоид? Каковы параметры принятого в нашей стране эллипсоида? Зачем он нужен?

Каково внутреннее строение Земли? На основании чего делается заключение о ее строении?

Каковы основные физические параметры Земли и как они изменяются с глубиной?

Каков химический и минералогический состав Земли? На основании чего делается заключение о химическом составе всей Земли и земной коры?

Какие основные типы земной коры выделяют в настоящее время?

Что такое гидросфера? Что такое круговорот воды в природе? Какие основные процессы происходят в гидросфере и ее элементах?

Что такое атмосфера? Каково ее строение? Какие процессы происходят в ее пределах? Что такое погода и климат?

Дайте определение эндогенных процессов. Какие эндогенные процессы вы знаете? Кратко их охарактеризуйте.

В чем заключается сущность тектоники литосферных плит? Каковы ее основные положения?

10. Дайте определение экзогенных процессов. В чем основная сущность этих процессов? Какие эндогенные процессы вы знаете? Кратко их охарактеризуйте.

11. Как взаимодействуют эндогенные и экзогенные процессы? Каковы результаты взаимодействия этих процессов? В чем сущность теорий В. Дэвиса и В. Пенка?

Каковы современные представления о возникновении Земли? Как происходило ее раннее становление как планеты?

На основании чего производится периодизация геологической истории Земли?

14. Как развивалась земная кора в геологическом прошлом Земли? Каковы основные этапы развития земной коры?

ЛИТЕРАТУРА

Аллисон А., Палмер Д. Геология. Наука о вечно меняющейся Земле. М., 1984.

Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л., 1980.

Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. М., 1991.

Гаврилов В.П. Путешествие в прошлое Земли. М., 1987.

Геологический словарь. Т. 1, 2. М., 1978.

Городницкий A . M ., Зоненшайн Л.П., Мирлин Е.Г. Реконструкции положения материков в фанерозое. М., 1978.

7. Давыдов Л.К., Дмитриева A.A., Конкина Н.Г. Общая гидрология. Л., 1973.

Динамическая геоморфология /Под ред. Г.С. Ананьева, Ю.Г. Симонова, А.И. Спиридонова. М., 1992.

Дэвис В.М. Геоморфологические очерки. М., 1962.

10. Земля. Введение в общую геологию. М., 1974.

11. Климатология / Под ред. O.A. Дроздова, Н.В. Кобышевой. Л., 1989.

Короновский Н.В., Якушева А.Ф. Основы геологии. М., 1991.

Леонтьев O.K., Рычагов Г.И. Общая геоморфология. М., 1988.

Львович М.И. Вода и жизнь. М., 1986.

Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. М., 1986.

Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. М., 1991.

Монин A.C. Введение в теорию климата. Л., 1982.

Монин A.C. История Земли. М., 1977.

Неклюкова Н.П., Душина И.В., Раковская Э.М. и др. География. М., 2001.

Немков Г.И. и др. Историческая геология. М., 1974.

Неспокойный ландшафт. М., 1981.

Общая и полевая геология / Под ред. А.Н. Павлова. Л., 1991.

Пенк В. Морфологический анализ. М., 1961.

Перелъман А.И. Геохимия. М., 1989.

Полтараус Б.В., Кислое A.B. Климатология. М., 1986.

26. Проблемы теоретической геоморфологии /Под ред. Л.Г. Никифорова, Ю.Г. Симонова. М., 1999.

Сауков A.A. Геохимия. M., 1977.

Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М., 1991.

Ушаков С.А., Ясаманов H.A. Дрейф материков и климат Земли. М., 1984.

Хаин В.Е., Ломте М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М., 1995.

Хаин В.Е., Рябухин А.Г. История и методология геологических наук. М., 1997.

Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М., 1994.

Щукин И.С. Общая геоморфология. T.I. M., 1960.

Экологические функции литосферы / Под ред. В.Т. Трофимова. М., 2000.

Якушева А.Ф., Хаин В.Е., Славин В.И. Общая геология. М., 1988.

Геологическое время и методы его определения

В изучении Земли как уникального космического объекта идея её эволюции занимает центральное место, поэтому важным количественно-эволюционным параметром является геологическое время . Изучением этого времени занимается специальная наука, получившая название Геохронология – геологическое летоисчисление. Геохронология может быть абсолютной и относительной .

Замечание 1

Абсолютная геохронология занимается определением абсолютного возраста горных пород, который выражается в единицах времени и, как правило, в миллионах лет.

В основе определения этого возраста лежит скорость распада изотопов радиоактивных элементов. Эта скорость является величиной постоянной и от интенсивности физических и химических процессов не зависит. Определение возраста основано на методах ядерной физики. Минералы, содержащие радиоактивные элементы, при формировании кристаллических решеток, образуют закрытую систему. В этой системе происходит накопление продуктов радиоактивного распада. В результате можно определить возраст минерала, если знать скорость этого процесса. Период полураспада радия, например, составляет $1590$ лет, а полный распад элемента произойдет за время в $10$ раз превосходящее период полураспада. Ядерная геохронология имеет свои ведущие методы – свинцовый, калий-аргоновый, рубидиево-стронциевый и радиоуглеродный.

Методы ядерной геохронологии позволили определить возраст планеты, а также продолжительность эр и периодов. Радиологическое измерение времени предложили П. Кюри и Э. Резерфорд в начале $XX$ века.

Относительная геохронология оперирует такими понятиями как «ранний возраст, средний, поздний». Существует несколько разработанных методов определения относительного возраста горных пород. Они объединяются в две группы – палеонтологические и непалеонтологические .

Первые играют основную роль в силу своей универсальности и повсеместного применения. Исключение составляет отсутствие в породах органических остатков. С помощью палеонтологических методов изучаются остатки древних вымерших организмов. Для каждого слоя горных пород характерен свой комплекс органических остатков. В каждом молодом слое остатков высокоорганизованных растений и животных будет больше. Чем выше лежит слой, тем он моложе. Подобная закономерность была установлена англичанином У. Смитом . Ему принадлежит первая геологическая карта Англии, на которой горные породы были разделены по возрасту.

Непалеонтологические методы определения относительного возраста горных пород используются в случаях отсутствия в них органических остатков. Более эффективными тогда будут являться стратиграфический, литологический, тектонический, геофизический методы . С помощью стратиграфического метода можно определить последовательность напластования слоёв при нормальном их залегании, т.е. нижележащие пласты будут более древними.

Замечание 3

Последовательность образования горных пород определяет относительная геохронология, а возраст их в единицах времени определяет уже абсолютная геохронология. Задача геологического времени заключается в определении хронологической последовательности геологических событий.

Геохронологическая таблица

Для определения возраста горных пород и их исследования ученые пользуются различными методами, и с этой целью была составлена специальная шкала. Геологическое время на этой шкале делят на временные отрезки каждому из которых соответствует определенный этап формирования земной коры и развития живых организмов. Шкала получила название геохронологической таблицы, в которой выделяются следующие подразделения: эон, эра, период, эпоха, век, время . Для каждого геохронологического подразделения характерен свой комплекс отложений, который называется стратиграфическим : эонотема, группа, система, отдел, ярус, зона . Группа, например, является стратиграфическим подразделением, а временное геохронологическое подразделение ей соответствующее представляет эра. Исходя из этого, существует две шкалы – стратиграфическая и геохронологическая . Первая шкала используется тогда, когда речь идет об отложениях , потому что в любой промежуток времени на Земле происходили какие-то геологические события. Вторая шкала нужна для определения относительного времени . С момента принятия содержание шкалы менялось и уточнялось.

Наиболее крупными стратиграфическими подразделениями в настоящее время являются эонотемы – архейская, протерозойская, фанерозойская . В геохронологической шкале им отвечают зоны различной длительности. По времени существования на Земле выделяются архейская и протерозойская эонотемы , охватившие почти $80$ % времени. Фанерозойский эон по времени значительно меньше предыдущих эон и охватывает всего $ 570$ млн. лет. Эта ионотема делится на три основные группы – палеозой, мезозой, кайнозой .

Название эонотем и групп имеют греческое происхождение:

• Археос означает древнейший;
• Протерос – первичный;
• Палеос – древний;
• Мезос – средний;
• Кайнос – новый.

От слова «зоико с», что значит жизненный, произошло слово «зой ». Исходя из этого, выделяют эры жизни на планете, например, мезозойская эра означает эру средней жизни.

Эры и периоды

Историю Земли по геохронологической таблице делят на пять геологических эр: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую . В свою очередь эры подразделяются на периоды . Их значительно больше – $12$. Продолжительность периодов различна от $20$-$100$ млн. лет. На свою незавершенность указывает последний четвертичный период кайнозойской эры , его продолжительность всего $1,8$ млн. лет.

Архейская эра. Это время началось уже после формирования земной коры на планете. На Земле к этому времени были горы и в действие вступили процессы эрозии и осадконакопления. Архей длился приблизительно $2$ млрд. лет. Эта эра самая длинная по продолжительности, в течение которой на Земле была широко распространена вулканическая деятельность, шли глубинные поднятия, результатом которых стало образование гор. Большая часть ископаемых под действием высокой температуры, давления, перемещения масс, была уничтожена, но небольшие данные о том времени сохранились. В породах архейской эры в рассеянном виде встречается чистый углерод. Ученые считают, что это измененные останки животных и растений. Если количество графита отражает количество живой материи, то в архее её существовало очень много.

Протерозойская эра . По длительности это вторая эра, охватившая $1$ млрд. лет. На протяжении эры происходило отложение большого количества осадков и одно значительное оледенение. Ледниковые покровы распространялись от экватора до $20$ градуса широты. Ископаемые, найденные в породах этого времени, являются свидетельством существования жизни и её эволюционного развития. В отложениях протерозоя найдены спикулы губок, останки медуз, грибов, водорослей, членистоногих и др.

Палеозойская эра . В этой эре выделяется шесть периодов:

• Кембрий;
• Ордовик,
• Силур;
• Девон;
• Карбон или каменноугольный;
• Пермский или пермь.

Продолжительность палеозоя составляет $370$ млн. лет. За это время появились представители всех типов и классов животных. Не было только птиц и млекопитающих.

Мезозойская эра . Эра делится на три периода:

• Триас;

Началась эра примерно $230$ млн. лет назад и продолжалась $167$ млн. лет. В течение первых двух периодов – триасового и юрского – большая часть материковых областей поднялась выше уровня моря. Климат триаса сухой и теплый, а в юре он стал еще теплее, но был уже влажный. В штате Аризона есть знаменитый каменный лес, существующий с триасового периода. Правда, от некогда могучих деревьев остались только стволы, бревна и пни. В конце мезозойской эры, а точнее в меловом периоде, на материки происходит постепенное наступление моря. Североамериканский континент в конце мелового периода испытал погружение и в результате воды Мексиканского залива соединились с водами арктического бассейна. Материк был разделен на две части. Завершение мелового периода характеризуется большим поднятием, получившим название альпийского горообразования . В это время появились Скалистые горы, Альпы, Гималаи, Анды. На западе Северной Америки началась интенсивная вулканическая деятельность.

Кайнозойская эра . Это новая эра, которая еще не закончилась и продолжается в настоящее время.

Эру разделили на три периода:

• Палеоген;
• Неоген;
• Четвертичный.

Четвертичный период имеет целый ряд уникальных черт. Это время окончательного формирования современного лика Земли и ледниковых периодов. Стали самостоятельными Новая Гвинея и Австралия, сместившись поближе к Азии. Антарктида осталась на своем месте. Соединились две Америки. Из трех периодов эры наиболее интересным является четвертичный период или антропогеновый . Он продолжается ныне, а был выделен в $1829$ г. бельгийским геологом Ж. Денуайэ . Похолодания меняются потеплениями, но наиболее важной его особенностью является появление человека .

Современный человек проживает в четвертичном периоде кайнозойской эры.

Геологическая хронология, или геохронология , основана на выяснении геологической истории наиболее хорошо изученных регионов, например, в Центральной и Восточной Европе. На основе широких обобщений, сопоставления геологической истории различных регионов Земли, закономерностей эволюции органического мира в конце прошлого века на первых Международных геологических конгрессах была выработана и принята Международная геохронологическая шкала, отражающая последовательность подразделений времени, в течение которых формировались определенные комплексы отложений, и эволюцию органического мира. Таким образом, международная геохронологическая шкала - это естественная периодизация истории Земли.

Среди геохронологических подразделений выделяются: эон, эра, период, эпоха, век, время. Каждому геохронологическому подразделению отвечает комплекс отложений, выделенный в соответствии с изменением органического мира и называемый стратиграфическим: эонотема, группа, система, отдел, ярус, зона. Следовательно, группа является стратиграфическим подразделением, а соответствующее ей временное геохронологическое подразделение представляет эра. Поэтому существуют две шкалы: геохронологическая и стратиграфическая. Первую используют, когда говорят об относительном времени в истории Земли, а вторую, когда имеют дело с отложениями, так как в каждом месте земного шара в любой промежуток времени происходили какие-то геологические события. Другое дело, что накопление осадков было неповсеместным.

• Архейская и протерозойская эонотемы, охватывающие почти 80% времени существования Земли, выделяются в криптозой, так как в докембрийских образованиях полностью отсутствует скелетная фауна и палеонтологический метод к их расчленению неприменим. Поэтому разделение докембрийских образований базируется в первую очередь на общегеологических и радиометрических данных.
• Фанерозойский эон охватывает всего 570 млн. лет и расчленение соответствующей эонотемы отложений базируется на большом разнообразии многочисленной скелетной фауны. Фанерозойская эонотема подразделяется на три группы: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую, отвечающие крупным этапам естественной геологической истории Земли, рубежи которых отмечены достаточно резкими изменениями органического мира.

Названия эонотем и групп происходят от греческих слов:

• "археос" - самый древний, древнейший;
• "протерос" - первичный;
• "палеос" - древний;
• "мезос" - средний;
• "кайнос" - новый.

Слово "криптос" означает скрытый, а "фанерозой" - явный, прозрачный, так как появилась скелетная фауна.
Слово "зой" происходит от "зоикос" - жизненный. Следовательно, "кайнозойская эра" означает эру новой жизни и т.д.

Группы подразделяются на системы, отложения которых сформировались в течение одного периода и характеризуются только им свойственными семействами или родами организмов, а если это растения, то родами и видами. Системы были выделены в различных регионах и в разное время, начиная с 1822 г. В настоящее время выделяются 12 систем, названия большей части которых происходят от тех мест, где они впервые были описаны. Например, юрская система - от Юрских гор в Швейцарии, пермская - от Пермской губернии в России, меловая - по наиболее характерным породам - белому писчему мелу и т.д. Четвертичную систему нередко именуют антропогеновой, так как именно в этом возрастном интервале появляется человек.

Системы подразделяются на два или три отдела, которым соответствуют ранняя, средняя, поздняя эпохи. Отделы, в свою очередь, разделяются на ярусы, которые характеризуются присутствием определенных родов и видов ископаемой фауны. И, наконец, ярусы подразделяются на зоны, являющиеся наиболее дробной частью международной стратиграфической шкалы, которой в геохронологической шкале соответствует время. Названия ярусов даются обычно по географическим названиям районов, где этот ярус был выделен; например, алданский, башкирский, маастрихтский ярусы и т.д. В то же время зона обозначается по наиболее характерному виду ископаемой фауны. Зона охватывает, как правило, только определенную часть региона и развита на меньшей площади, нежели отложения яруса.

Всем подразделениям стратиграфической шкалы соответствуют геологические разрезы, в которых эти подразделения были впервые выделены. Поэтому такие разрезы являются эталонными, типичными и называются стратотипами, в которых содержится только им свойственный комплекс органических остатков, определяющий стратиграфический объем данного стратотипа. Определение относительного возраста каких-либо слоев и заключается в сравнении обнаруженного комплекса органических остатков в изучаемых слоях с комплексом ископаемых в стратотипе соответствующего подразделения международной геохронологической шкалы, т.е. возраст отложений определяют относительно стратотипа. Именно поэтому палеонтологический метод, несмотря на присущие ему недостатки остается наиболее важным методом определения геологического возраста горных пород. Определение относительного возраста, например, девонских отложений, свидетельствует лишь о том, что эти отложения моложе силурийских, но древнее каменноугольных. Однако установить длительность формирования девонских отложений и дать заключение о том, когда (в абсолютном летоисчислении) произошло накопление этих отложений - невозможно. Только методы абсолютной геохронологии способны ответить на этот вопрос.

Таб. 1. Геохронологическая таблица

Эра	Период	Эпоха	Продол- житель- ность, млн. лет	Время от начала периода до наших дней, млн. лет	Геологические условия	Растительный мир	Животный мир
Кайнозой (время млекопитающих)	Четвертичный	Современная	0,011	0,011	Конец последнего ледникового периода. Климат теплый	Упадок древесных форм, расцвет травянистых	Эпоха человека
		Плейстоцен	1	1	Повторные оледенения. Четыре ледниковых периода	Вымирание многих видов растений	Вымирание крупных млекопитающих. Зарождение человеческого общества
	Третичный	Плиоцен	12	13	Продолжается поднятие гор на западе Северной Америки. Вулканическая активность	Упадок лесов. Распространение лугов. Цветковые растения; развитие однодольных	Возникновение человека от человекообразных обезьян. Виды слонов, лошадей, верблюдов, сходные с современными
		Миоцен	13	25	Образовались Сиерры и Каскадные горы. Вулканическая активность на северо-западе США. Климат прохладный		Кульминационный период в эволюции млекопитающих. Первые человекообразные обезьяны
		Олигоцен	11	30	Материки низменные. Климат теплый	Максимальное распространение лесов. Усиление развития однодольных цветковых растений	Архаические млекопитающие вымирают. Начало развития антропоидов; предшественники большинства ныне живущих родов млекопитающих
		Эоцен	22	58	Горы размыты. Внутриконтинентальные моря отсутствуют. Климат теплый		Разнообразные и специализированные плацентарные млекопитающие. Копытные и хищники достигают расцвета
		Палеоцен	5	63			Распространение архаических млекопитающих
Альпийское горообразование (незначительное уничтожение ископаемых)
Мезозой (время пресмыкающихся)	Мел		72	135	В конце периода образуются Анды, Альпы, Гималаи, Скалистые горы. До этого внутриконтинентальные моря и болота. Отложение писчего мела, глинистых сланцев	Первые однодольные. Первые дубовые и кленовые леса. Упадок голосеменных	Динозавры достигают наивысшего развития и вымирают. Зубатые птицы вымирают. Появление первых современных птиц. Архаические млекопитающие обычны
	Юра		46	181	Материки довольно возвышенные. Мелководные моря покрывают некоторую часть Европы и запад США	Увеличивается значение двудольных. Цикадофиты и хвойные обычны	Первые зубатые птицы. Динозавры крупные и специализированные. Насекомоядные сумчатые
	Триас		49	230	Материки приподняты над уровнем моря. Интенсивное развитие условий аридного климата. Широкое распространение континентальных отложений	Господство голосеменных, уже начинающих клониться к упадку. Вымирание семенных папоротников	Первые динозавры, птерозавры и яйцекладущие млекопитающие. Вымирание примитивных земноводных
Герцинское горообразование (некоторое уничтожение ископаемых)
Палеозой (эра древней жизни)	Пермь		50	280	Материки приподняты. Образовались Аппалачские горы. Усиливается засушливость. Оледенение в южном полушарии	Упадок плаунов и папоротникообразных растений	Многие древние животные вымирают. Развиваются звероподобные пресмыкающиеся и насекомые
	Верхний и средний карбон		40	320	Материки сначала низменные. Обширные болота, в которых образовался уголь	Большие леса семенных папоротников и голосеменных	Первые пресмыкающиеся. Насекомые обычны. Распространение древних земноводных
	Нижний карбон		25	345	Климат вначале теплый и влажный, позднее в связи с поднятием суши - более прохладный	Господствуют плауны и папоротникообразные растения. Все шире распространяются голосеменные	Морские лилии достигают наивысшего развития. Распространение древних акул
	Девон		60	405	Внутриконтинентальные моря небольшого размера. Поднятие суши; развитие аридного климата. Оледенение	Первые леса. Наземные растения хорошо развиты. Первые голосеменные	Первые земноводные. Обилие двоякодышащих и акул
	Силур		20	425	Обширные внутриконтинентальные моря. Низменные местности становятся все более засушливыми по мере поднятия суши	Первые достоверные следы наземных растений. Господствуют водоросли	Господствуют морские паукообразные. Первые (бескрылые) насекомые. Усиливается развитие рыб
	Ордовик		75	500	Значительное погружение суши. Климат теплый, даже в Арктике	Вероятно, появляются первые наземные растения. Обилие морских водорослей	Первые рыбы, вероятно пресноводные. Обилие кораллов и трилобитов. Разнообразные молюски
	Кембрий		100	600	Материки низменные, климат умеренный. Самые древние породы с обильными ископаемыми	Морские водоросли	Господствуют трилобиты и нлеченогие. Зарождение большинства современных типов животных
Второе великое горообразование (значительное уничтожение ископаемых)
Протерозой			1000	1600	Интенсивный процесс осадкообразования. Позднее - вулканическая активность. Эрозия на обширных площадях. Многократные оледенения	Примитивные водные растения - водоросли, грибы	Различные морские простейшие. К концу эры - моллюски, черви и другие морские беспозвоночные
Первое великое горообразование (значительное уничтожение ископаемых)
Архей			2000	3600	Значительная вулканическая активность. Слабый процесс осадкообразования. Эрозия на больших зглощадях	Ископаемые отсутствуют. Косвенные указания на существование живых организмов в виде отложений органического вещества в породах

Проблема определения абсолютного возраста горных пород, продолжительности существования Земли издавна занимала умы геологов, и попытки ее решения предпринимались много раз, для чего использовались различные явления и процессы. Ранние представления об абсолютном возрасте Земли были курьезными. Современник М. В. Ломоносова французский естествоиспытатель Бюффон определял возраст нашей планеты всего лишь в 74 800 лет. Другие ученые давали различные цифры, не превышающие 400-500 млн. лет. Здесь следует отметить, что все эти попытки заранее были обречены на неудачу, так как они исходили из постоянства скоростей процессов, которые, как известно, менялись в геологической истории Земли. И только в первой половине XX в. появилась реальная возможность измерять действительно абсолютный возраст горных пород, геологических процессов и Земли как планеты.

Таб.2. Изотопы, используемые для определения абсолютного возраста
Материнский изотоп	Конечный продукт	Период полураспада, млрд.лет
147 Sm	143 Nd+He	106
238 U	206 Pb+ 8 He	4,46
235 U	208 РЬ+ 7 He	0,70
232 Th	208 РЬ+ 6 Не	14,00
87 Rb	87 Sr+β	48,80
40 K	40 Аr+ 40 Са	1,30
14 C	14 N	5730 лет

Представление о том, как зарождалась жизнь в древние эры Земли дают нам ископаемые остатки организмов, однако распределяются они по отдельным геологическим периодам крайне неравномерно.

Геологические периоды

Эра древней жизни Земли включаютв себя3 этапа эволюции растительного и животного мира.

Архейская эра

Архейская эра - древнейшая эра в истории существования . Ее начало берет отсчет около 4 миллиардов лет назад. А продолжительность - 1 миллиард лет. Это начало образования земной коры в результате деятельности вулканов и воздушных масс, резких смен температуры и давления. Идет процесс разрушения первичных гор и образование осадочных пород.

Наиболее древние археозойские слои земной коры представлены сильно измененными, иначе - метаморфизированными породами, поэтому они и не содержат заметных остатков организмов.
Но совершенно неверно на этом основании считать археозой безжизненной эрой: в археозое существовали не только бактерии и водоросли , но и более сложно устроенные организмы .

Протерозойская эра

Первые достоверные следы жизни в виде крайне редких находок и не качественной сохранности встречаются в протерозое , иначе - эре «первичной жизни». Продолжительность протерозойской эры принимают около 2 млн. лет

В породах протерозоя обнаружены следы ползания кольчатых червей , иглы губок , раковинки простейших форм плеченогих , остатки членистоногих .

Плеченогие, отличавшиеся исключительным разнообразием форм, были широко распространены в древнейших морях. Они встречаются в отложениях многих периодов, особенно следующей, палеозойской эры.

Раковина плеченогого «Хориститес Москвензис» (брюшная створка)

До наших дней сохранились только отдельные виды плеченогих. Большая часть плеченогих имела раковину с неравными створками: брюшная, на которой они лежат или прикрепляются к морскому дну при помощи «ножки», обыкновенно была больше спинной. По этому признаку в общем нетрудно узнать плеченогих.

Незначительное количество ископаемых остатков в протерозойских отложениях объясняется уничтожением большей части их в результате изменения (метаморфизации) содержащей породы.

Судить же о том, насколько в протерозое была представлена жизнь, помогают отложения известняков , превратившихся затем в мрамор . Своим происхождением известняки, очевидно, обязаны особого вида бактериям, выделявшим углекислую известь.

Наличие в протерозойских отложениях Карелии прослоек шунгита , похожего на уголь антрацит, позволяет предполагать, что исходным материалом для образования его послужило накопление водорослей и других органических остатков.

В это далекое время древнейшая суша все же не была безжизненна. На огромных просторах пока еще пустынных первичных материков расселялись бактерии. При участии этих простейших организмов происходило выветривание и разрыхление горных пород, слагавших древнейшую земную кору.

По предположению российского академика Л. С. Берга (1876-1950), изучавшего как зарождалась жизнь в древние эры Земли, в это время уже начали формироваться почвы - основа дальнейшего развития растительного покрова.

Палеозойская эра

Отложения следующей по времени, палеозойской эры , иначе -эры «древней жизни», которая началась около 600 млн. лет тому назад, резко отличаются от протерозойской обилием и разнообразием форм еще в самом древнем, кембрийском периоде.

На основе изучения остатков организмов можно восстановить следующую картину развития органического мира, свойственную для этой эры.

Различают шесть периодов палеозойской эры:

Кембрийский период

Кембрийский период был описан впервые в Англии, графство Кембрий, откуда и пошло его название. В этот период вся жизнь была связана с водой. Это красные и сине-зеленые водоросли, известняковые водоросли. Водоросли выделяли свободный кислород, что дало возможность развитию организмов, потребляющих его.

Внимательное изучение сине-зеленых кембрийских глин , которые отчетливо заметны в глубоких разрезах речных долин под Петербургом и особенно в приморских районах Эстонии, позволило установить в них (посредством микроскопа) присутствие растительных спор .

Это определенно говорит о том, что некоторые виды , существовавших в водоемах с древнейших времен развития жизни на нашей планете, перебрались на сушу приблизительно 500 миллионов лет назад.

Среди организмов, населявших древнейшие кембрийские водоемы, исключительным распространением пользовались беспозвоночные. Из беспозвоночных, кроме мельчайших простейших - корненожек, широко были представлены черви, плеченогие и членистоногие .

Из членистоногих это прежде всего различные насекомые, особенно бабочки, жуки, мухи, стрекозы. Они появляются значительно позже. К этому же типу животного мира, кроме насекомых, принадлежат также паукообразные и многоножки .

Среди древнейших членистоногих особенно много было трилобитов , похожих на современных мокриц, только значительно крупнее их (до 70 сантиметров), и ракоскорпионов, достигавших иногда внушительных размеров.

Трилобиты — представители животного мира древнейших морей

В теле трилобита отчетливо выделяются три доли, недаром он так и называется: в переводе с древнегреческого «трилобос» - трехдольный. Трилобиты не только ползали по дну и зарывались в ил, но могли также и плавать.

Среди трилобитов преобладали в общем некрупные формы.
По определению геологов, трилобиты - «руководящие окаменелости»- характерны для многих отложений палеозоя.

Руководящими называются окаменелости, преобладающие в данное геологическое время. По руководящим окаменелостям обычно легко определяется возраст тех отложений, в которых они найдены. Наибольшего расцвета трилобиты достигали в ордовикский и силурийский периоды. Исчезли же они в конце палеозойской эры.

Ордовикский период

Ордовикский период характеризуется более теплым и мягким климатом, о чем говорит присутствие известняков, сланцев и песчаников в отложениях пород. В это время значительно увеличивается площадь морей.

Это способствует размножению крупных трилобитов, от 50 до 70 см. длиной. В морях появляются морские губки, моллюски, и первые кораллы .

Первые кораллы

Силурийский период

Как же выглядела Земля в силурийский период ? Какие изменения произошли на первозданных материках? Судя по отпечаткам на глине и другом каменном материале, можно определенно говорить о том, что в конце периода на побережьях водоемов появилась первая наземная растительность.

Первые растения силурийского периода

Это были небольшие листостебельные растения , напоминавшие скорее морские бурые водоросли, не имеющие ни корней, ни листьев. Роль листьев исполняли зеленые последовательно ветвящиеся стебельки.

Растения псилофиты — голые растения

Научное название этих древнейших прародителей всех наземных растений (псилофиты, иначе - «голые растения», т. е. растения без листьев) хорошо передает их отличительные особенности. (В переводе с древнегреческого «псилос» -лысый, голый, а «фитос» - ствол). Корни у них тоже были неразвиты. Росли псилофиты на заболоченных топких почвах. Отпечаток в породе (справа) и восстановленное растение (слева).

Обитатели водоемов силурийского периода

Из обитателей морских силурийских водоемов следует отметить, кроме трилобитов, кораллы и иглокожих - морские лилии, морские ежи и звезды .

Морская лилия «Акантокринус-рекс»

Морские лилии, остатки которых найдены в отложениях, очень мало были похожи на хищных животных. Морская лилия«Акантокринус-рекс», означает в переводе «колючая лилия-царь». Первое слово образовано из двух греческих слов: «аканта» - колючее растение и «кринон» - лилия, второе латинское слово «рекс» - царь.

Огромным количеством видов были представлены головоногие моллюски и особенно плеченогие. Кроме головоногих, имевших внутреннюю раковину, как белемниты , широким распространением пользовались в древнейшие периоды жизни Земли головоногие с наружной раковиной.

Форма раковины была прямая и согнутая спиралью. Раковина последовательно делилась на камеры. В самой большой-наружной камере помещалось тело моллюска, остальные были заполнены газом. Через камеры проходила трубка - сифон, позволявшая моллюску регулировать количество газа и в зависимости от этого всплывать или погружаться на дно водоема.

В настоящее время из подобных головоногих моллюсков сохранился один только кораблик со свернутой спиралью раковиной. Кораблик, или наутиллюс , что одно и то же, в переводе с латинского - житель теплого моря.

Раковины некоторых силурийских головоногих, как например ортоцерас (в переводе с древнегреческого «прямой рог»: от слов «ортое» - прямой и «керас» - рог), достигали гигантских размеров и были похожи скорее на прямой двухметровый столб, нежели на рог.

Известняки, в которых встречаются ортоцератиты, так и называются ортоцератитовыми известняками. Квадратные плиты известняка широко использовались в дореволюционном Питере для тротуаров и на них нередко отчетливо были видны характерные разрезы раковин ортоцератитов.

Замечательным событием силурийского времени было появление в пресных и солоноватых водоемах неуклюжих «панцирных рыб », имевших наружный костяной панцирь и не окостеневший внутренний скелет.

Позвоночному столбу у них отвечал хрящевой тяж - хорда. Панцирники не имели челюстей и парных плавников. Они были плохими пловцами и потому придерживались больше дна; пищей им служил ил и мелкие организмы.

Панцерная рыба птерихтис

Панцирная рыба птерихтис была в общем плохим пловцом и вела природный образ жизни.

Можно полагать, что ботриолепис был уже значительно подвижнее птерихтиса.

Морские хищники силурийского периода

В более поздних отложениях встречаются уже остатки морских хищников , близких к акулам. От этих низших рыб, обладавших тоже хрящевым скелетом, сохранились только зубы. Судя по величине зубов, например из отложений каменноугольного возраста Подмосковья, можно заключить, что хищники эти достигали значительных размеров.

В развитии животного мира нашей планеты силурийский период интересен не только тем, что в его водоемах появляются далекие предки рыб. В это же время совершилось и другое не менее важное событие: из воды выбрались на сушу представители паукообразных, среди них - древние скорпионы, еще очень близкие к ракоскорпионам.

Ракоскорпионы обитатели мелководных морей

Справа, вверху - вооруженный странными клешнями хищник -птериготус, достигавший 3 метров, слава - эвриптерус - до 1 метра длиной.

Девонский период

Суша - арена грядущей жизни - постепенно принимает все новые черты, особенно характерные для следующего, девонского периода. В это время появляется уже древесная растительность, сначала в виде низкорослых кустарников и небольших деревьев, а затем и более крупных. Среди девонской растительности мы встретим хорошо всем знакомые папоротники, другие растения напомнят нам изящную елочку хвоща и зеленые канатики плаунов, только не стелющиеся по земле, а гордо поднимающиеся кверху.

В более поздних по возрасту девонских отложениях появляются также папоротникообразные растения, которые размножались не спорами, а семенами. Это - семенные папоротники, занимающие переходное положение между споровыми и семенными растениями.

Животный мир девонского периода

Животный мир морей девонского периода богат плеченогими, кораллами и морскими лилиями; трилобиты начинают играть уже второстепенную роль.

Среди головоногих появляются новые формы, только не с прямой раковиной, как у ортоцераса, а со спирально закрученной. Называются они аммонитами. Свое название они получили от египетского бога солнца Аммона, вблизи развалин храма которого в Ливии (в Африке) впервые были обнаружены эти характерные ископаемые.

По общему виду их трудно спутать с другими окаменелостями, но в то же время необходимо предупредить юных геологов о том, как нелегко бывает определять отдельные виды аммонитов, общее количество которых исчисляется не сотнями, а тысячами.

Особенно пышного расцвета достигли аммониты в следующую, мезозойскую эру.

Значительное развитие в девонское время получили рыбы. У панцирных рыб укоротился костный панцирь, что сделало их более подвижными.

Некоторые панцирные рыбы, как например девятиметровый гигант динихтис, были страшными хищниками (по-гречески «дейнос» - страшный, ужасный, а «ихтис» - рыба).

Девятиметровый динихтис представлял, очевидно, большую угрозу для обитателей водоемов.

В девонских водоемах существовали еще и кистеперые рыбы, от которых произошли двоякодышащие рыбы. Такое название объясняется особенностями строения парных плавников: они узки и, кроме того, сидят на оси, одетой чешуей. Этой особенностью кистеперые отличаются, например, от судака, окуня и других костистых рыб, именуемых лучеперыми.

Кистеперые-предки костистых рыб, которые появились значительно позже - в конце триаса.
Мы не имели бы и представления о том, как именно выглядели в действительности кистеперые рыбы, жившие не меньше 300 миллионов лет назад, если бы не удачные уловы за в середине ХХ столетия у берегов Южной Африки редчайших экземпляров современного их поколения.

Обитают они, очевидно, на значительных глубинах, почему и попадаются так редко рыбакам. Пойманный вид был назван латимерией. Она достигала 1,5 метра длины.
По своей организации близки к кистеперым двоякодышащие рыбы. Они имеют легкие, соответствующие плавательному пузырю рыбы.

По своей организации близки к кистеперым двоякодышащие рыбы. Они имеют легкие, соответствующие плавательному пузырю рыбы.

Как необычно выглядели кистеперые, можно судить по экземпляру, латимерии, пойманной в 1952 г. у Коморских островов, западнее острова Мадагаскар. Эта рыба длиной в 1,5 л весила около 50 кг.

Потомок древних двоякодышащих рыб - австралийский цератодус (в переводе с древнегреческого - рогозуб) -достигает двух метров. Он живет в пересыхающих водоемах и, пока в них есть вода, дышит жабрами, как все рыбы, когда же водоем начинает усыхать, переходит к легочному дыханию.

Австралийский цератодус — потомок древних двоякодышащих рыб

Дыхательным органам у него служит плавательный пузырь, имеющий ячеистое строение и снабженный многочисленными кровеносными сосудами. Кроме цератодуса, сейчас известны еще два вида двоякодышащих рыб. Один из них обитает в Африке, а другой - в Южной Америке.

Переход позвоночных из воды на сушу

Таблица превращения земноводных.

Древнейшие рыбы

На первом рисунке изображена древнейшая хрящевая рыба, диплокантус (1). Под ней - примитивный кистеперый эустеноптерон (2), ниже изображена предполагаемая, переходная форма (3). У огромного земноводного эогиринуса (около 4,5 м длины) конечности пока еще очень слабы (4), и только по мере освоения сухопутного образа жизни они становятся надежной опорой, например, для грузного эриопса, около 1,5 м длины (5).

Эта таблица помогает понять, как в результате постепенного изменения органов передвижения (и дыхания) водные организмы перебрались на сушу, как плавник рыбы преобразовался в конечность земноводных (4), а затем и пресмыкающихся (5). Вместе с этим изменяется позвоночник и череп животного.

К девонскому периоду относится появление первых бескрылых насекомых и наземных позвоночных животных. Отсюда можно предполагать, что именно в это время, а возможно даже несколько раньше, совершился переход позвоночных из воды на сушу.

Осуществился он через таких рыб, у которых плавательный пузырь был изменен, как у двоякодышащих, а конечности, похожие на плавники, постепенно превратились в пятипалые, приспособленные к наземному образу жизни.

Метопопозавр еще с трудом выбирался на сушу.

Ближайшими предками первых наземных животных следует считать поэтому не двоякодышащих, а именно кистеперых рыб, приспособившихся к дыханию атмосферным воздухом в результате периодических высыханий тропических водоемов.

Связующим звеном наземных позвоночных с кистеперыми служат древние земноводные, или амфибии, объединяемые общим названием стегоцефалы. В переводе с древнегреческого стегоцефалы- «покрытоголовые»: от слов «стеге»- крыша и «кефале» - голова. Такое название дано потому, что крыша черепа представляет оплошной панцирь из тесно примыкающих друг к другу костей.

В черепе стегоцефала пять отверстий: две пары отверстий - глазные и носовые, и одно - для теменного глаза. По внешнему виду стегоцефалы несколько напоминали саламандр и нередко достигали значительных размеров. Они жили в болотистых местностях.

Остатки стегоцефалов находили иногда в дуплах древесных стволов, где они, очевидно, укрывались от дневного света. В личиночном состоянии они дышали жабрами, как и современные земноводные.

Особенно благоприятные условия для своего развития стегоцефалы нашли в следующем по времени каменноугольном периоде.

Каменноугольный период

Теплый и влажный климат, особенно первой половины каменноугольного периода , благоприятствовал пышному расцвету наземной растительности. Не виданные никем каменноугольные леса, конечно, были совсем непохожи на современные.

Среди тех растений, которые приблизительно 275 миллионов лет тому назад расселились на топких заболоченных просторах, отчетливо выделялись по своим характерным особенностям гигантские древовидные хвощи и плауны.

Из древовидных хвощей значительным распространением пользовались каламиты, а из плаунов - гигантские лепидодендроны и несколько уступавшие им по размерам- изящные сигиллярии.

В пластах каменного угля и покрывающих их породах часто находят хорошо сохранившиеся остатки растительности не только в виде четких отпечатков листьев и древесной коры, но также - целые пни с корнями и огромные стволы, превратившиеся в уголь.

По этим ископаемым остаткам можно не только восстановить общий облик растения, но также и ознакомиться с его внутренним строением, которое отчетливо видно под микроскопом в тончайших, как лист бумаги, шлифах кусочков ствола. Свое название каламиты ведут от латинского слова «каламус» - камыш, тростник.

Стройные, полые внутри стволы каламитов, ребристые и с поперечными перетяжками, как у хорошо вам знакомых хвощей, подымались стройными колоннами на 20-30 метров от земли.

Мелкие узенькие листочки, собранные розетками на коротеньких стебельках, придавали, пожалуй, некоторое сходство каламиту с прозрачной в своем изящном уборе лиственницей сибирской тайги.

В наше время хвощи - полевые и лесные - распространены по всему земному шару, кроме Австралии. В сравнении со своими далекими предками они кажутся жалкими карликами, которые к тому же, особенно полевой хвощ, пользуются плохой славой у земледельца.

Полевой хвощ - злейший сорняк, с которым трудно бороться, так как его корневище глубоко уходит в землю и непрерывно дает все новые побеги.

Крупные виды хвощей - до 10 метров высоты в настоящее время сохранились только в тропических лесах Южной Америки. Однако расти эти гиганты могут только прислонясь к соседним деревьям, так как в поперечнике имеют всего лишь 2-3 сантиметра.
Заметное место среди каменноугольной растительности занимали лепидодендроны и сигиллярии.

Хотя они по внешнему виду и не были похожи на современные плауны, однако все же напоминали их по одной характерной своей особенности. Мощные стволы лепидодендронов, достигавших 40 метров высоты, при поперечнике до двух метров, были покрыты отчетливым узором отпавших листьев.

Эти листья, пока еще было молодо растение, сидели на стволе так же, как на плауне сидят его маленькие зеленые чешуйки - листочки. По мере роста дерева листья старели и отпадали. От этих чешуйчатых листьев и получили свое название гиганты каменноугольных лесов - лепидодендроны, иначе - «чешуйчатые деревья» (от греческих слов: «лепис» - чешуя и «дендрон» - дерево).

Несколько иную форму имели следы отпавших листьев на коре сигиллярий. От лепидодендронов они отличались меньшей высотой и большей стройностью ствола, ветвившегося только на самой верхушке и заканчивавшегося двумя огромными пучками жестких листьев по метру каждый.

Знакомство с каменноугольной растительностью будет неполным, если не упомянуть еще кордаитов, близких к хвойным по строению древесины. Это были высокие (до 30 метров), но сравнительно тонкоствольные деревья.

Свое название кордаиты ведут от латинского слона «кор» - сердце, так как семя растения имело сердцевидную форму. Эти красивые деревья венчала пышная крона лентовидных листьев (до 1 метра длины).

Судя по строению древесины, стволы каменноугольных гигантов все же не обладали той прочностью, которая в основной массе присуща современным деревьям. Кора у них была значительно крепче древесины, отсюда - общая хрупкость растения, слабая сопротивляемость на излом.

Сильные ветры и особенно бури ломали деревья, валили огромные лесные массивы, и на смену им опять из заболоченной почвы вырастала новая буйная поросль… Сваленная древесина служила тем исходным материалом, из которого в дальнейшем образовались мощные пласты каменного угля.

Лепидодендроны, иначе - чешуйчатые деревья, достигали огромных размеров.

Не верно относить образование каменного угля только к каменноугольному периоду, так как угли залегают и в других геологических системах.

Например, старейший Донецкий каменноугольный бассейн образовался в каменноугольное время. Карагандинский бассейн - ему ровесник.

Что же касается крупнейшего Кузнецкого бассейна, то он только в незначительной своей части относится к каменноугольной системе, а в основном - к пермской и юрской системам.

Один из крупнейших бассейнов - «Заполярная кочегарка» - богатейший Печорский бассейн, сформировался тоже главным образом в пермское время и в меньшей части - в каменноугольное.

Растительный и животный мир каменноугольного периода

Для морских отложений каменноугольного периода особенно характерны представители простейших животных из класса корненожек . Наиболее типичными были фузулйны (от латинского слова «фузус» - «веретено») и швагерины, послужившие исходным материалом для образования толщ фузулиновых и швагериновых известняков.

Каменноугольные корненожки: 1 — фузулина; 2 — швагерина

Каменноугольные корненожки - фузулина (1) и швагерина (2) увеличены в 16 раз.

Продолговатые, наподобие зерен пшеницы, фузулины и почти шаровидные швагерины отчетливо заметны на одноименных известняках. Пышное развитие получили кораллы и плеченогие, давшие много руководящих форм.

Наибольшим распространением пользовался род продуктус (в переводе с латинского - «растянутый») и спирифер (в переводе с того же языка - «несущий спираль», которая и поддерживала мягкие «ноги» животного).

Трилобиты, господствовавшие в предыдущие периоды, встречаются значительно реже, зато на суше заметное распространение начинают получать другие представители членистоногих- длинноногие пауки, скорпионы, громадные многоножки (до 75 сантиметров длины) и особенно насекомые гигантской формы, похожие на стрекоз, с размахом «крылышек» до 75 сантиметров! Крупнейшие современные бабочки в Новой Гвинее и Австралии достигают в размахе крылышек 26 сантиметров.

Древнейшая каменноугольная стрекоза

Древнейшая каменноугольная стрекоза кажется непомерным гигантом по сравнению с современной.

Судя по ископаемым остаткам, в морях заметно размножились акулы.
Земноводные, прочно закрепившиеся на суше в каменноугольное время, проходят дальнейший путь развития. Сухость климата, увеличившаяся в конце каменноугольного периода, постепенно заставляет древних амфибий отходить от водного образа жизни и переходить преимущественно к наземному существованию.

Эти переходные к новому образу жизни организмы откладывали уже яйца на суше, а не метали икру в воду, как земноводные. Вылупившееся из яиц потомство приобретало такие особенности, которые резко отличали его от прародителей.

Тело покрывалось, как панцирем, чешуеподобными выростами кожи, предохраняющими организм от потери влаги путем испарения. Так от земноводных (амфибий) отделились пресмыкающиеся, или рептилии. В следующую, мезозойскую эру они завоевали сушу, воду и воздух.

Пермский период

Последний период палеозоя - пермский - по продолжительности был значительно короче каменноугольного. Следует отметить, кроме того, большие изменения, происшедшие на древней географической карте мира,- суша, как это подтверждается геологическими исследованиями, получает значительное преобладание над морем.

Растения пермского периода

Климат северных материков верхней перми был сухим и резко континентальным. Значительное распространение местами получили песчаные пустыни, о чем свидетельствует состав и красноватый оттенок пород, слагающих пермскую свиту.

Это время ознаменовалось постепенным вымиранием гигантов каменноугольных лесов, развитием растений, близких к хвойным, и появлением саговниковых и гинкговых, получивших распространение в мезозое.

Саговниковые растения обладают шарообразным и клубневидным стеблем, погруженным в почву, или, наоборот, мощным колонновидным стволом высотой до 20 метров, с пышной розеткой крупных перистых листьев. По внешнему виду саговниковые растения напоминают современную саговую пальму тропических лесов в Старом и Новом Свете.

Иногда они образуют непроходимые заросли особенно на затопляемых берегах рек Новой Гвинеи и Малайского архипелага (Большие Зондские о-ва, Малые Зондские, Молуккские и Филиппинские). Из мягкой сердцевины пальмы, содержащей крахмал, изготовляют питательную муку и крупу (саго).

Лес сигилярий

Саговый хлеб и каша - повседневная пища миллионов жителей Малайского архипелага. Саговая пальма широко применяется в жилищном строительстве и для хозяйственных изделий.

Другое весьма своеобразное растение - гинкго интересно еще потому, что в диком состоянии оно сохранилось только в некоторых местах Южного Китая. Гинкго с незапамятных времен заботливо разводится около буддийских храмов.

В Европу гинкго привезено в середине XVIII века. Сейчас оно встречается в парковой культуре во многих местах, в том числе и у нас на Черноморском побережье. Гинкго - большое дерево до 30-40 метров высоты и толщиной до двух метров, напоминает в общем тополь, а в молодости скорее похоже на некоторые хвойные.

Ветвь современного гинкго билоба с плодами

Листья - черешковые, как у осины, имеют веерообразную пластинку с веерным жилкованием без поперечных перемычек и надрезом посередине. На зиму листва опадает. Плод - душистая костянка вроде вишни - съедобен так же, как и семена. В Европе и Сибири гинкго исчезло в ледниковый период.

Кордаиты, хвойные, саговниковые и гинкго относятся к группе голосемянных растений (так как их семена лежат открыто).

Покрытосемянные растения-однодольные и двудольные - появляются несколько позже.

Животный мир пермского периода

Среди водных организмов, населявших пермские моря, заметно выделялись аммониты. Многие же группы морских беспозвоночных, как например трилобиты, некоторые кораллы и большинство плеченогих, вымерли.

Пермский период характерен развитием пресмыкающихся. Особенного внимания заслуживают так называемые звероподобные ящеры. Хотя они обладали некоторыми признаками, характерными для млекопитающих, например зубы и особенности скелета, однако все же сохраняли примитивное строение, сближающее их со стегоцефалами (от которых и произошли пресмыкающиеся) .

Звероподобные пермские ящеры отличались значительными размерами. Малоподвижный растительноядный парейазавр достигал двух с половиной метров длины, а грозный хищник с зубами тигра, иначе - «зверозубый ящер» - иностранцевия, был еще крупнее - около трех метров.

Парейазавр в переводе с древнегреческого - «щекастый ящер»: от слов «парейа» - щека и «заурос» - ящерица, ящер; зверозубый же ящер иностранцевия назван так в память известного геолога - проф. А. А. Иностранцева (1843-1919).

Богатейшие находки из древней жизни Земли остатков этих животных связаны с именем энтузиаста-геолога проф. В. П. Амалицкого (1860-1917). Этот настойчивый исследователь, не получая необходимой поддержки от казны, все же достиг замечательных результатов в работе. Вместо заслуженного летнего отдыха, он вместе с женой, делившей с ним все невзгоды, отправлялся в лодке с двумя гребцами на поиски остатков звероподобных ящеров.

Упорно, в течение четырех лет вел он свои исследования на Сухоне, Северной Двине и других реках. Наконец ему удалось сделать исключительно ценные для мировой науки открытия на Северной Двине, недалеко от города Котлас.

Здесь в береговом обрыве реки были обнаружены в мощных чечевицах песка и песчаника, среди полосатых рухляков, конкреции костей древних животных (конкреции - каменные скопления). Сборы одного только года работы геологов заняли при перевозке два товарных вагона.

Последующие разработки этих костеносных скоплений еще более обогатили сведения о пермских пресмыкающихся.

Место находок пермских ящеров

Место находок пермских ящеров, обнаруженных профессором В. П. Амалицким в 1897 г. Правый берег реки Малая Северная Двина у деревни Ефимовки, в районе города Котлас.

Вывезенные отсюда богатейшие коллекции определяются десятками тонн, а собранные из них скелеты представляют в Палеонтологическом музее Академии наук богатейшее собрание, равного которому не имеется ни в одном музее мира.

Среди древних звероподобных пермских пресмыкающихся выделялся оригинальный трехметровый хищник диметродон, иначе - «двумерный» в длину и вышину (от древнегреческих слов: «ди» - дважды и «метрон» - мера).

Звероподобный диметродон

Характерная его особенность - необыкновенно длинные отростки позвонков, образующие на спине животного высокий гребень (до 80 сантиметров), очевидно, были соединены кожной перепонкой. Кроме хищников, в эту группу пресмыкающихся входили также растительно- или моллюскоядные формы, тоже весьма значительных размеров. О том, что они питались моллюсками, можно судить по устройству зубов, пригодных для раздробления и перетирания ракушек. (Пока оценок нет)

Зарождение жизни на Земле произошло около 3,8 млрд. лет назад, когда закончилось образование земной коры. Ученые выяснили, что первые живые организмы появились в водной среде, и только через миллиард лет произошел выход на поверхность суши первых существ.

Формированию наземной флоры способствовало образование у растений органов и тканей, возможность размножаться спорами. Животные также значительно эволюционировали и приспособились к жизни на суше: появилось внутреннее оплодотворение, способность откладывать яйца, легочное дыхание. Важным этапом развития стало формирование головного мозга, условных и безусловных рефлексов, инстинктов выживания. Дальнейшая эволюция животных дала основу для формирования человечества.

Деление истории Земли на эры и периоды, дает представление об особенностях развития жизни на планете в разные временные промежутки. Ученые выделяют особо значимые события в формировании жизни на Земле в отдельные отрезки времени – эры, которые делятся на периоды.

Существует пять эр:

• Архейская;
• протерозойская;
• палеозойская;
• мезозойская;
• кайнозойская.

Архейская эра началась около 4,6 млрд. лет назад, когда планета Земля только стала формироваться и признаков живого на ней не было. Воздух содержал хлор, аммиак, водород, температура доходила до 80°, уровень радиации превышал допустимые границы, при таких условиях зарождение жизни было невозможным.

Считают, что около 4 млрд. лет назад наша планета столкнулась с небесным телом, и следствием было формирование спутника Земли – Луны. Это событие стало значимым в развитии жизни, стабилизировало ось вращения планеты, поспособствовало очищению водных структур. Как следствие, на глубине океанов и морей зародилась первая жизнь: простейшие, бактерии и цианобактерии.

Протерозойская эра длилась примерно с 2,5 млрд. лет до 540 млн. лет назад. Обнаружены остатки одноклеточных водорослей, моллюсков, кольчатых червей. Начинает формироваться почва.

Воздух в начале эры еще не был насыщен кислородом, но в процессе жизнедеятельности бактерии, населяющие моря, стали все больше выделять O 2 в атмосферу. Когда количество кислорода находилось на стабильном уровне, многие существа сделали шаг в эволюции и перешли на аэробное дыхание.

Палеозойская эра включает шесть периодов.

Кембрийский период (530 – 490 млн. лет назад) характеризуется возникновением представителей всех видов растений и животных. Океаны населяли водоросли, членистоногие, моллюски, появились первые хордовые (хайкоуихтис). Суша оставалась незаселенной. Температура сохранялась высокой.

Ордовикский период (490 – 442 млн. лет назад). На суше появились первые поселения лишайников, а мегалограпт (представитель членистоногих) стал выходить на берег для откладывания икры. В толще океана продолжают развиваться позвоночные, коралловые, губки.

Силурийский период (442 – 418 млн. лет назад). На сушу выходят растения, у членистоногих формируются зачатки легочной ткани. Завершается образование костного скелета у позвоночных, появляются сенсорные органы. Идет горообразование, формируются разные климатические зоны.

Девонский период (418 – 353 млн. лет назад). Характерно образование первых лесов, преимущественно папоротниковых. В водоемах появляются костные и хрящевые, амфибии стали выходить на сушу, формируются новые организмы – насекомые.

Каменноугольный период (353 – 290 млн. лет назад). Появление земноводных, происходит опускание материков, в конце периода было значительное похолодание, что привело к вымиранию многих видов.

Пермский период (290 – 248 млн. лет назад). Землю населяют пресмыкающиеся, появились терапсиды – предки млекопитающих. Жаркий климат привел к образованию пустынь, где смогли выжить только стойкие папоротники и некоторые хвойные.

Мезозойская эра делится на 3 периода:

Триасовый период (248 – 200 млн. лет назад). Развитие голосеменных растений, появление первых млекопитающих. Раскол суши на континенты.

Юрский период (200 – 140 млн. лет назад). Возникновение покрытосеменных растений. Появление предков птиц.

Меловой период (140 – 65 млн. лет назад). Покрытосеменные (цветковые) стали господствующей группой растений. Развитие высших млекопитающих, настоящих птиц.

Кайнозойская эра состоит из трех периодов:

Нижнетретичный период или палеоген (65 – 24 млн. лет назад). Исчезновение большинства головоногих моллюсков, появляются лемуры и приматы, позднее парапитеки и дриопитеки. Развитие предков современных видов млекопитающих – носорогов, свиней, кроликов и др.

Верхнетретичный период или неоген (24 – 2,6 млн. лет назад). Млекопитающие населяют сушу, водные просторы, воздух. Появление австралопитеков – первых предков людей. В этот период сформировались Альпы, Гималаи, Анды.

Четвертичный период или антропоген (2,6 млн. лет назад – наши дни). Знаменательное событие периода – появление человека, сначала неандертальцев, а вскоре Homo sapiens. Растительный и животный мир обрел современные черты.