Черные сланцы (маятник эволюции)

Что является причиной эволюции на нашей планете?  Наш ответ: мутации  микроорганизмов, планктона, водорослей, морских организмов, млекопитающих и т.д., которые происходили на нашей планете многократно с периодом, примерно, в 30 миллионов лет. Что было причиной массовых мутаций и массовой гибели организмов? Наш ответ: радиация, которая повышалась в некоторые периоды жизни нашей планеты в тысячи раз. Почему обезьяны не превращаются в человека? Почему обезьян нельзя считать нашими предками? Действительно ли, труд сделал из обезьяны человека? Таких вопросов можно задать огромное количество, но правда состоит в том, что мы с ними являемся "родственниками" - мутантами, которые имели общего предка, а выживали, в конечном итоге те, кто оказывался лучше приспособлен к изменившимся условиям. Каждые 30 миллионов лет нашу планету "потряхивало": двигались материки... Наберитесь терпения и дочитайте эту статью до конца. Возможно она позволит Вам самостоятельно ответить на множество интересных вопросов, в частности, Кто (что) является Автором эволюции на нашей планете?

Маятник эволюции. Черные сланцы. С.Г.Неручев.

- А уран?!

- Насчет урана поговорите с геохимиками.

И геолог Сергей Германович Неручев, не найдя ответа на свои вопросы у палеонтологов, шел к геохимикам. От них – к геоботаникам, к океанологам…

Неручев знал о черных сланцах все. И интересовали они его не только из-за нефти, которой он занимался многие годы.

Постепенно сведения , добытые по крупинке, складывались, переплетались друг с другом, словно шерстинки в толстой нити. Эта удивительная нить повела его в смежные области знаний, к другим неразгаданным вопросам, которые тоже захотелось понять и как-то объяснить. Смущала необходимость вторгаться туда, где он чувствовал себя дилетантом. Но остановиться он уже не мог.

А началось все с нефти. С ней была связана большая часть его жизни как геолога, с поисками месторождения нефти.

Судьба бросала Неручева из Дагестана в Узбекистан, с отрогов Гистарского хребта к подножию хребта к Верхоянского, из Южной Якутии в Ставропольский край, в Западную Сибирь… Экспедиция следовала за экспедицией.

Впрочем, постоянным местом его жительства неизменно оставался Ленинград, где он и поныне работает во Всесоюзном нефтяном научно-исследовательском геологоразведовательном институте (ВНИИГРИ), где защищал и кандидатскую и докторскую диссертации, и стал с годами заведующим отделом.

В экспедиции год от году накапливались данные, подтверждающие идею члена корреспондента АН СССР Н.Васоевича о материнских свитах. Суть ее, возникшей как развитие теории органического происхождения нефти, вот в чем. Нефть образуется из биологических остатков, но только в таких природных реакторах, где достаточно долго действуют нужные давления и нагрев. Эти условия существуют в земной коре лишь на определенной глубине. Там, в сопутствующих друг другу пластах, геологи называют их «свиты» , идет «нефтяное производство», рождается нефть, отчего свиты и назвали материнскими. Образующаяся там горючая жидкость сначала рассеяна по всей толще свиты, потом очень медленно часть нефти выдавливается в другие подземные горизонты, где она скапливается в залежи.

Неручев убедился, что источники, питающие конечные резервуары, могут быть необычайно мощными. Опубликованные несколько лет назад в печати сведения о баженовской свите в Западной Сибири поначалу многим, не только Неручаеву, показались просто фантастикой. Там всего метров тридцать толщины, и, по расчетам, в них заключается в рассеянном состоянии какие-то немыслимые миллиарды тонн нефти. Конечно, эта нефть далеко не вся вся находится в месторождениях, в большинстве своем она остается рассеянной на огромном пространстве в приобских недрах. Но, в общем-то, какое же колоссальное количество органических остатков захоронено в этом районе 140-150 миллионов лет назад!

И это все в материнской свите, в слое толщиной лишь около 30 метров.

Вот почему Неручев решил, что он должен, не упуская ни малейших деталей, изучить все, что относится к материнским свитам.

Как выяснилось, баженовская свита широко распространена. В Западной Сибири она занимает более миллиона квадратных километров. На других континентах она столь же густо насыщена органическими остатками – чаще морского, иногда озерного происхождения. Баженовская свита есть в Монголии, на востоке и западе СССР, в Англии, на обширном пространстве Средиземноморья, в Австралии, в южной Америке и даже на дне Атлантического океана – близ Фолклендских (Мальвийских) островов.

Иными словами, существование ее следует признать фактором глобальным. Причем ее нижняя и верхняя границы фиксируются в геологических разрезах на редкость четко. Повсюду она выглядит примерно так. Светлые, почти без остатков жизни более древние сменяются черными сланцами – породами бурными или совсем темными, сильно насыщенными органикой. Именно – вдруг. Не постепенно, а резко, иногда на протяжении всего нескольких сантиметров разреза. И по всей Земле эти черные слои образовались почти в одно и тоже время, на границе юрского и мелового периодов.

Иностранные сестры нашей баженовской свиты тоже сравнительно невелики по толщине и тоже занимают, как правило, обширные пространства, широкой полосой тянутся тысячи на две километров.

Что случилось на нашей планете в те далекие времена? Отчего наступила эта продолжительная, но мощная биологическая вспышка? Климат? Неустойчивость земной орбиты? Каверзы космоса?

Неручев думал, собирал мнения коллег, листал научные журналы и книги… Убедительного ответа не было.

Между тем проблема не ограничилась баженовской свитой. В истории Земли подобные отложения образовывались и раньше, и после.

Самые древние черные сланцы – им не более трех миллиардов лет – известны в Южной Африке. Органическим материалом для их образования послужили бактерии и сине-зеленые водоросли. Есть черные сланцы и менее древние, и сравнительно совсем молодые, отложившиеся в середине мелового периода и даже в конце его, то есть уж совсем близко от нас… Почти каждая такая эпоха охватывает чуть ли не всю Землю.

Например, в Таджикистане, в пределах Гиссарского хребта, толщина сланцев, сильно обогащенных органикой, отложилась в совсем недавнее эоценовое время (40-45 милллионов лет назад). Это кумская свита, протянувшаяся и далее размашистой лентой от восточного Каспия до Крыма. А ее аналоги встречаются в Болгарии, Австралии, Ирландии, в Северной Африке, на обоих континентах Западного полушария.

В общем, Неручев собрал вместе данные, которые показывают, что в истории Земли было не менее двадцати сравнительно кратковременных эпох быстрого и обильного накопления органических веществ в осадочных толщах. Такие эпохи повторялись ритмично, словно включали и выключали какой-то гигантский механизм, Маятник. И почти каждый раз – одновременно на большой части земного шара. Эти двадцать эпох прежде всего интересовали Неручева как века образования материнских свит и сотворения нефти. Но в них обнаружилось и много других неожиданных, даже таинственных вещей. И палеонтологи, которые говорили Неручеву о том, как неинтересны флора и фауна в черных сланцах, были по своему правы…

Опасный спутник

Как естественно, как привычно для нас окружение мира живой природы - ветвящихся и цветущих растений, ползающих и плавающих существ! И нам трудно представить мир иным. Примерно, такую ситуацию, когда вдруг на земле исчезла вся живность, кроме божьих коровок. Только они, да и не все, а лишь такие, у которых на спине по две или по четыре точки, живут и благоденствуют. Они расплодились самым кошмарным образом: заполонили всю планету! Невероятная ситуация…

Однако нечто подобное, оказывается, наступало на Земле каждый раз в те периоды, когда образовывались черные сланцы. Размножались, конечно не божьи коровки, о них мы сказали лишь для наглядности. А остальное происходило именно так.

… Докембрийский. 600 миллионов лет назад. Морской растительный планктон уже был достаточно разнообразным. Но вот что-то случилось: самые примитивные одноклеточные сине-зеленые водоросли, причем лишь одного-двух видов, вытесняют на Земле все живое. Только они размножаются с невиданной скоростью. Происходит бурное накопление органики.

Проходят миллионы и миллионы лет, снова многолик живой мир планеты. И опять что-то случается; почти все вымирают, но происходит биологическая вспышка нескольких видов водорослей. Лишь бешено плодятся…

Время образования баженовской свиты совпало именно с таким периодом. С той разницей, что, помимо сине-зеленых и зеленых микроводорослей, встречаются фораминиферы – представители зоопланктона. И опять – лишь скудный состав очень близких родственников. Они заполняли весь мир.

Вот откуда отсутствие энтузиазма у палеонтологов, когда речь заходит о черных сланцах: в изобилии остатков жизни – поразительная бедность форм организмов. Вроде бы и изучать нечего – раз, два и обчелся.

Отчего такое происходило на нашей планете? Задавая с непосредственностью непрофессионала этот свой вопрос биологам, Неручев не предполагал, что поиски ответа заведут его в дебри одной из самых сложных проблем современной науки.

Конечно, не только Неручев, а многие ученые, столкнувшись со странным сочетанием бедности и богатства черных сланцев, искали причину этого феномена. Было высказано немало версий.

Одна все сводила к периодическому прорыву на юг холодных арктических течений. Теплолюбивые организмы от этого, мол, гибли, а выживали и взрывоподобно размножались самые стойкие.

Согласно другой главная причина заключалась в придонном сероводородном заражении. В застойных водах иногда бывает, что из-за недостатка кислорода органическое вещество, осевшее на дно, не разрушается окислением, а как бы консервируется.

По мнению Неручева, ни то, ни другое объяснение не годится. Первое противоречит сведениям палеоклиматологов о реальной температуре морских вод в далеком прошлом. Второе не проливает света на то, почему черным сланцам свойственна бедность ископаемых видов. Не могла же происходить выборочная консервация каких-либо особых групп организмов.

Неручев предложил свою версию. На оригинальную идею ее натолкнуло еще одно необычное свойство черных сланцев, о котором стоит рассказать подробнее.

Впервые получив результат химического анализа образцов из баженовской свиты, Сергей Германович поразился относительно высокому содержанию в них урана, хотя там вовсе не было промышленных содержаний. Позже выяснилось: это не исключение, а правило для всех черных сланцев. Причем независимо от их возраста.

Геохимики, как оказалось, знали о нем давно. И так же давно спорили о причинах странного явления. В их дискуссиях опять-таки фигурировало сероводородное заражение.

- Это из-за него, - говорили Неручеву, - часть урана из морской воды переходила в нерастворимую форму и выпадала в осадок.

Однако Сергей Германович убедился, что концентрация урана повышена и в тех черных сланцах, где , если так можно выразиться, сероводородом и не пахло. То же подтверждали наблюдения геохимиков: советского ученого Г.Батурина и английского Э.Дегенса.

- Причина накопления урана, - высказывал догадку Батурин, - в том, что его на дне бассейнов сорбируют органические остатки.

Расчеты показали, что сорбция, т.е. поглощение остаточной породой металла, рассеянного в воде, могла обеспечить лишь небольшую концентрацию урана. Однако Г.Батурин предложил стоять за сорбцию. Он подсчитал, что средняя концентрация урана в морских существах гораздо ниже, чем в осадочных породах земной коры. А уж в сухопутных организмах – тем более. Из чего вроде бы следовало: ни те, ни другие не могли играть роль основных поставщиков радиационного металла черным сланцам.

Вот тут, после разговора с Батуриным, у Неручева и мелькнула своя догадка – поначалу еще неясная, расплывчатая. Сергей Германович подметил в рассуждениях собеседника слабое место.

Дело в том, что останки погибших организмов достигают морского дна не без потери: значительная их часть окисляется по дороге и в виде минеральных соединений остается в толще воды. Мало того, разложение продолжается и на дне, и даже (правда гораздо медленнее) в самой толще недр.

Но какое это имеет отношение к накоплению урана в осадочных породах? Самое непосредственное.

Главными собирателями урана вполне могли быть именно живые организмы. Среднее его содержание в их останках поначалу было действительно невелико. Но затем происходило вот что. Органические вещества продолжали окисляться, а накопленный уран оставался почти нетронутым в неразложившейся части. Естественно, его относительное содержание там увеличилось. Иными словами, с каждой ступенью окисления органики происходило как бы обогащение ее радиоактивным металлом. Это прежде не учитывалось.

Когда Неручев взялся за подсчеты, обнаружилось, что предложенный им механизм «обогащения» вполне согласуется с имеющимися данными. Но… только для обычных осадочных пород. К черным сланцам, где концентрация урана раз в десять, а то и в сто больше, его механизм неприменим – явно не хватает «мощности».

В чем же Неручев ошибся? Трудно сказать, как долго продолжались бы его раздумья, если бы не счастливый случай. Впрочем, какой же это случай! С некоторых пор Сергей Германович не пропускал ни одной научной публикации, имеющей отношение к интересующей его проблеме. И вот он прочитал исследование, в котором говорилось о том, что в небольшом озере на территории нашей страны обнаружилось резко повышенное по сравнению с другими современными озерами, морями и океанами содержание урана в воде (из-за размыва рудного месторождения). Оказалось, что организмы, обитавшие в том озере, накапливали в себе существенно больше урана, и в донных осадках его было также много, как в черных сланцах.

Эти факты натолкнули Неручева на мысль, что черные сланцы образовывались каждый раз, когда в океане, пусть на короткое время, резко увеличивалась (в десятки и в сотни раз) концентрация урана. Но такие увеличения должны были происходить во всем океане! На всей Земле! Возможно ли такое?

Откуда у ящера крылья?

Геохимические проверки показывают, что для современного океана обычная концентрация урана – десятимиллионные доли процента. Такой же она чаще всего бывала и в далеком и в не очень далеком прошлом.

А вот в течение коротких эпох позднедевонского периода и позднеюрского времени она увеличивалась в десятки раз. На протяжении некоторых других геологических периодов эпизодически повышалась в пятьсот и даже более чем в тысячу раз. И это происходило именно тогда, когда закладывались очередные черные сланцы.

Выходит, что неручевский механизм «обогащения», возможно, и в самом деле справедлив. Сергей Германович почувствовал себя на верном пути. Однако проблема эта не была закрыта. Трудных вопросов по-прежнему хватало. И первый среди них: в чем причины таких невероятных подскоков урана в морской воде? А какие вообще у океана поставщики рассеянных металлов? Вплоть до середины нашего века наука знала об этом не так уж много: снабжает в основном суша, поставляют реки и ветер. Подводные вулканы? Их взгляд оценивали очень скромно.

50-е годы стали началом великой неогеологической эпохи. На дне Атлантики была открыта обширная горная страна. В океане обнаружили систему срединно-океанических хребтов, буквально оплетающих земной шар. Вдоль их оси идет глубокое ущелье (рифт). В рифтах непрерывно работают гидротермы, откуда вместе с потоками горячей воды поднимаются «облака», насыщенные растворенными металлами.

Акванавты, опускающиеся в подводных аппаратах на большую глубину, исследовали этих черных курильщиков» и установили повышенное содержание урана в осадках рифтов Красного моря, Индийского океана и Атлантики.

Взгляды на источник химических элементов, содержащихся в океане, начали в корне меняться. На первое место вышли гидротермы, а вернее сказать, питающие их глубинные недра Земли.

Поначалу казалось, что резкую прибыль урана в морской воде нельзя объяснить ни работой рифтов, ни скосом материков. И тот и другой источники считались постоянно действующими. А подскоки урана были эпизодическими.

Но ряд исследователей, и советские, и зарубежные ученые, доказали, что средняя скорость раскрытия океанов и наращивания морского дна не была постоянной, она то убывала, то существенно увеличивалась. Рифты работали как бы в пульсирующем режиме. Так было по крайней мере в течение последних 150 миллионов лет.

Кстати, образование черных сланцев баженовской свиты относится ведь именно к позднеюрской эпохе, когда раскалывались крупные континенты, то есть ко времени явного оживления рифтов на большом протяжении, в результате чего стал нарождаться Атлантический океан.

Аналогичные породы других геологических периодов (девона, ордовика) откладывались тогда, когда активнее, чем обычно, действовали на нашей планете вулканы, и прежде всего подводные. В общем, многое говорит за то, что между темпом работы рифтов и содержанием урана в морской воде – прямая связь.

Неручев считает, что эта связь имеет продолжение. Та же нить протягивается к экспериментальным биологическим событиям прошлого, когда разноликость живого мира периодически сменялась многотиражным однообразием. Сергей Германович даже убежден, что главную роль здесь играет уран, вернее создаваемая им повышенная радиация.

Когда Неручев свел все факты воедино, вырисовалась довольно четкая картина. С активизацией рифтовой зоны повышалась концентрация урана в морской воде и в донных отложениях, то есть радиоактивность. В результате – почти эпидемическая гибель всевозможных организмов. Так, за короткую эпоху – в продолжение кембрийского нвремени – от семи родов трилобитов, обитавших на морском дне, остался только один. В другие периоды потери бывали и еще больше. В поздней юре изменения захватили даже не только морскую, но и наземную растительность: вымерло десять семейств споровых, вдвое , сократилось число семейств голосемянных. Таков общий фон. А на нем – бурный расцвет отдельных видов – наиболее примитивных. Известно, что ряд бактерий почти не страдает от высокой радиоактивности. Они способны жить чуть ли не в атомном реакторе.

На этом фоне происходило и сотворение новых форм жизни, чаше короткоживущих, но случалось, и долговечных. Обилие мутаций (изменений в наследственности организма), вызванных повышенной реактивностью, приводило к появлению принципиально новых живых существ. 

В раннем ордовике появились первые позвоночные, бесчелюстные панцирные рыбы. Позднее, на границе девона и карбона, - первые наземные четвероногие: ихтиостенгиды (у них еще рыбий хвост, а конечности – измененные плавники). В конце карбона – первые ящеры, ставшие в последствии, и надолго настоящими хозяевами суши. Появление всех этих новых обитателей Земли происходило в условиях повышенной радиоактивности.

Интересно проследить, как природа создавала «летательный аппарат». В одних случаях у животных пальцы на передних конечностях непомерно удлинились и соединились перепонками, при том, что число фаланг у пальцев осталось прежним. Так появились птерозавры (летающие ящеры) и летучие мыши. Иной путь изменений привел к тому, что роговые чешуи, покрывавшие кожу маленьких двуногих динозавров, сильно расщепились и превратились в перья – в перья археоптерикса (первоптицы).

Вероятно, это можно считать последствиями генетических мутаций. Ведь останков животных, которые постепенно приспосабливались к полету, никогда не находили. Все эти изменения происходили в разные времена, но всегда на фоне резкого накопления урана в природе.

По окончании таких коротких вспышек живое население планеты куда реже пополнялось новыми видами. Словно бы и этот процесс подчинен бесконечным колебаниям гигантского маятника: подъем – спад, подъем – спад…

Характерно, что почти все слои, исследованные. Изученные Неручевым, совпадают с границами, принятыми в геологической хронологии. А ведь в ее основе как раз и лежит смена форм жизни на Земле. Крупные перемены – границы эр: палеозоя, мезозоя, кайнозоя; перемены поменьше – кембрия, ордовика, силура или, скажем, юры, мела и других систем. Что это, случайное совпадение?

Многие годы ученые (в общем-то безуспешно) искали причину таких скачкообразных перемен. Так, может, именно черные сланцы помогут нам раскрыть один из главных секретов эволюционного развития жизни?

Примечательно вот еще какое совпадение. По подсчетам Неручева, эпохи накопления урана повторялись каждые 30 миллионов лет. И примерно с такой же периодичностью заметно увеличивалась скорость нарастания земной коры в глубоководных рифтах. Последнее недавно установлено Институтом океанологии АН СССР. И в этом – подтверждение мысли о единстве геологического развития Земли и всего ее причудливого мира живых существ.

 Источник: «Маятник эволюции», журнал «Эврика – 88», М., Молодая гвардия.