КЛИМАТ ЗЕМЛИ

 

Влияние климата и других глобальных факторов на развитие органического мира

 

 

Земля — единственная планета Солнечной системы, на которой существует жизнь в самых разнообразных формах. В настоящее время на Земле известно около 500 тыс. видов растений и более 1,5 млн. видов животных, из которых около 1 млн. видов насекомых. Живые организмы распространены очень неравномерно и основная масса их сконцентрирована на земной поверхности: в верхних слоях толщи воды морей и океанов, куда проникают солнечные лучи, на поверхности суши и в почвенном слое.

 

Одновременно на Земле есть довольно обширные пространства, покрытые льдами, и пустыни, где количество живого вещества на единицу площади весьма мало.

Органический мир Земли теснейшим образом взаимосвязан со средой обитания, его развитие определяется не только внутренней организацией и биологической эволюцией, но и изменениями физико-географических условий. Прогресс в эволюции органического мира прежде всего выражается в повышении уровня организации, с определенной тенденцией к постепенному убыстрению и лучшему приспособлению к изменяющимся внешним условиям. В результате развития биосферы произошло расширение арены жизни от сравнительно узкой полосы Мирового океана в начале фанерозоя до практически всей планеты. Знание этой последовательности позволяет более отчетливо представить основные закономерности эволюции органического мира.

 

Вместе с тем организмы определенным образом воздействуют на внешнюю среду, постепенно преобразуя ее. Растительный покров воздействует на микроклимат, изменяя температуру и влажность приземного слоя воздуха и препятствуя распространению ветра, влияет на поглощение солнечной радиации. На суше, покрытой растительностью, альбедо меньше по сравнению с безлесными областями. Даже на водоемах при большой концентрации водных растений альбедо обычно уменьшается.

 

Развитие растительного и животного мира охватывает значительную часть геологической истории Земли. Несмотря на то что архей и протерозой по своей продолжительности в несколько раз превышали продолжительность фанерозоя, сведения о докембрийских организмах довольно ограничены. Можно предполагать, что первые автотрофные растения и животные возникли около 3,5 млрд. лет назад [71]. Крайняя бедность докембрийских образований остатками растений и животных может быть объяснена слабым развитием или полным отсутствием у них твердых скелетных образований. Поэтому даже в процессе диагенеза, не говоря уже о процессах эпигенеза и катагенеза, мягкие ткани растений и животных не сохраняются.

 

О существовании организмов в архейское время имеются немногочисленные данные. Карбонатные породы архея могли возникнуть в результате деятельности бактерий и одноклеточных водорослей. Изучение древнейших пород под микроскопом позволило обнаружить мельчайшие шаровидные тельца простейших одноклеточных растений. Они имеют возраст 3,2—3,4 млрд. лет. Редкие находки следов или отпечатков организмов, не имевших скелета, не должны создать впечатления о бедности органического мира криптозоя. В течение архея и особенно протерозоя существовали бактерии, дисковидные, шарообразные и многоугольные одноклеточные водоросли. Довольно часто в ископаемом состоянии сохраняются продукты жизнедеятельности водорослей — строматолитов и онколитов. В раннем и среднем протерозое развивались простейшие одноклеточные прокариотные сине-зеленые водоросли, строматолиты, онколиты и катаграфии (узорчатые известковые тела). В позднем протерозое органический мир стал более разнообразным. На границе среднего и позднего рифея появились эука- риотные водоросли, относящиеся, по-видимому, к типу зеленых. Уже в конце рифея существовали водоросли с многоклеточным слоевищем и массовое развитие получили разнообразные строматолиты. Последние формировались в литоральной и сублиторальной зонах морских бассейнов, в пределах которых интенсивно протекал фотосинтез.

 

Среди докембрия рифейские и вендские образования наиболее богаты остатками организмов. В горных породах обнаружены многие десятки тысяч отпечатков медузообразных животных размером от 0,5 до 40 см, предки кишечнополостных, но без жесткого скелета, предки трилобитов и иглокожих. Наряду с ними встречаются кремневые губки, радиолярии фораминиферы, а также следы жизнедеятельности илоедов.

В фанерозое палеонтологические остатки намного богаче. В течение этого этапа жили не только мягкотелые организмы, но и формы, обладающие способностью строить как внешний, так и внутренний твердый скелет карбонатного, фосфатного или хитинового состава.

 

На протяжении всей обозримой истории Земли не только усложнялись организмы, но и возрастало их таксономическое разнообразие. На фоне общего эволюционного развития органического мира, происходившего путем трансформации и преемственности фауны и флоры, в фанерозойской истории намечается ряд революционных перестроек, тесно связанных с изменениями климата планеты и ее тектонической активностью. Это позволяет не только признать существование синхронных и взаимосвязанных изменений биологических, физико-географических и геодинамических факторов планетарного масштаба, но и оценить степень их влияния на развитие органического мира.

Палеонтологические данные позволили создать стройную картину эволюции форм жизни в фанерозое. Закономерная смена одних групп, семейств, родов и видов ископаемых организмов с течением времени дала возможность разработать детальную геохронологическую шкалу.

 

Значительный толчок в развитии органического мира произошел в интервале 2,5—2,3 млрд. лет назад. В это время на всех континентах появились довольно мощные горизонты строматолито- вых известняков и доломитов. Строматолитовые постройки этого времени обладают не только большим разнообразием форм, но дают возможность судить об участии в их образовании сине-зеленых водорослей и бактерий. Наряду со строматолитами довольно часто в карбонатных образованиях встречаются микрофитолиты,. а в кремнистых — остатки прокариот.

 

По мнению многих исследователей, эта биологическая революция совпала с временем проявления мезопротерозойского оледенения. Развитие прокариот, которые обладали функциями фотосинтеза, имело важнейшее геологическое значение, так как это привело к возникновению в атмосфере и гидросфере свободного- кислорода.

Важнейшие биологические события произошли 700—600 млн. лет назад, когда возникла и получила широкое распространение эдиакарская фауна. Она состояла из бесскелетных животных — кишечнополостных и червей. Эта фауна имела ограмное значение, так как являлась непосредственной фауной предков скелетных организмов. Появление эдиакарской фауны приходится на период времени между двумя крупнейшими фазами эпипротерозойского оледенения.

 

Коренные изменения биосферы произошли на границе криптозоя и фанерозоя, когда появилось огромное количество ископаемых остатков, обладавших твердым внешним или внутренним скелетом. Он был кремневого, фосфатного, карбонатного или хитинового состава. Освоение новых жизненных пространств животными с твердым скелетом, их адаптация к различным условиям среды обитания способствовали многообразию животного и растительного мира.

 

В течение фанерозойского этапа развития Земли происходили скачкообразные изменения органического мира. Рубежи обновления органического мира хорошо фиксируются статистическим подсчетом изменения общего количества семейств ( 8.1) и скоростью возникновения новых семейств ( 8.2). Эта условная мера скорости получена путем деления числа семейств на время их существования. Однако, как видно из предлагаемых графиков, не все перечисленные рубежи являются однозначными. Интенсивность новообразований резко снижалась в экстремальные периоды, а такими являлись эпохи оледенения (конец ордовика, конец карбона, четвертичный период). Снижение скорости возникновения новых семейств в другие отрезки времени, возможно, имеет другие причины. Изменения биоса выражены главным образом в резком отрыве филогенетических ветвей или, наоборот, в очень быстром расцвете новых групп, увеличении их систематического разнообразия и в возрастании объема биомассы.

 

Наиболее сильно выражены изменения в составе биоса в середине кембрия, конце ордовика, силура, девона, карбона, перми, триаса, в середине юры, конце мела, палеогена и неогена. Резкая вспышка образования новых групп, семейств, родов и видов организмов, происшедшая вскоре после вендского оледенения, в середине кембрийского периода, пошла на убыль. В это время вымирают многие семейства трилобитов, археогастропод и губок.

 

В начале ордовика новообразование в составе органического мира становится интенсивным и скорости возникновения новых семейств значительно превышают раннекембрийские (см.  8.2). Большое развитие получают трилобиты, которые в отличие от кембрийских обладали уже не хитиновым, а кальцитовым скелетом. В это время широким распространением пользовались грап- толиты, табуляты, наутиллоидеи, брахиоподы, иглокожие и панцирные рыбы.

 

В позднем ордовике полностью исчезли несколько отрядов табулят, ряд семейств трилобитов, граптолитов из отряда лепто- граптин и ряд семейств брахиопод. Однако сравнительно быстро вслед за массовым вымиранием в конце ордовика (ашгильский век) уже в среднем и особенно позднем лландоверии появляются' новые характерные для силурийского периода формы. В это время появляются первые представители Halysites и Favosites, диморфо- грапты, спирифериды и ряд родов пентамерид. Начинается оккупация организмами суши. Первыми выходят на сушу псилофиты. Этот процесс подготовлен всеми предшествующими условиями. Во-первых, на суше, главным образом на приморских низменностях, условия для жизнедеятельности растений-амфибий мало чем отличались от прибрежно-морских; во-вторых, субстрат под воздействием бактерий и экзогенных процессов постепенно утратил монолитность и в его верхней части возник почвенный слой; в-третьих, к этому времени относится изменение состава атмосферы [50].

 

Новый спад в развитии организмов, но не столь значительный, как в позднем ордовике, намечается в конце силурийского периода. В это время намечается сокращение общего числа семейств и особей брахиопод, наутилоидей, кишечнополостных, но исчезают возникшие в раннем силуре ракообразные, губки, мшанки.

 

На смену вымершим наутиллоидеям и ракоскорпионам в следующем девонском периоде приходят другие головоногие моллюски— аммоноидеи. Широко развиваются предки современных рыб (панцырные, акулоподобные, двоякодышащие, кистеперые). Кроме них морские водоемы населялись брахиоподами, двустворчатыми моллюсками, брюхоногими и т. д.

 

Наземная фауна и флора оставались бедными. На приморских низменностях произрастали псилофиты и пришедшие им на смену папоротникообразные и голосеменные. Фауна представлена в основном насекомыми и скорпионами.

 

В середине девона полностью исчезает псилофитовая флора и вымирают многие граптолиты, трилобиты, древнейшие гастро- поды, мшанки и некоторые семейства брахиопод. Однако упадок в развитии органического мира был кратковременным и не столь катастрофичным, как ранее, и уже в конце девона, а особенно в раннем карбоне происходит дальнейшее развитие не только в составе морского органического мира, но и, главным образом, в наземном животном и растительном царствах.

 

К этому времени широкое распространение получают древовидные папоротники (лепидодендроны, сигилярии) и голосеменная растительность (кордаиты). Появляются лесные массивы, постепенно продвигающиеся в глубь суши. В начале карбона большое развитие получили амфибии, возникшие в позднем девоне. Необычайный расцвет испытывают насекомые из группы прямокрылых. Появляются легочные моллюски, новые семейства брахиопод, главным образом продуктиды.

 

В позднем карбоне намечается не только существенное снижение скорости образования новых семейств, но и сокращение общего числа семейств (см.  8.1 и 8.2). Несмотря на то что появляется новая криптогенная глоссоптериевая и другая флоры, несущие признаки холодного климата, намечается упадок в развитии теплолюбивых представителей голосеменных и папоротникообразных. Сильно сокращается видовой и родовой состав брахиопод, гастропод, легочных моллюсков и кишечнополостных.

 

В конце перми существенно изменяется флора. Типичные растительные ассоциации, свойственные для карбона и ранней перми, вымирают и постепенно начинают появляться характерные для мезозоя голосеменные — хвойные, саговниковые, гинкговые, ци- кадофитовые.

 

В джульфинском веке поздней перми вымирают гониатиты, трилобиты, бластоидеи, цистоидеи, ругозы и табуляты, фузулиниды, многие рода брахиопод и криноидей. Вымерло преобладающее большинство амфибий и рептилий.

 

Существенное обновление фауны, частично флоры, произошло в триасе. Появляются первые примитивные и мелкие млекопитающие, развиваются рептилии из группы динозавров и первые морские рептилии. Сильно видоизменяется состав моллюсков и бра- хиоподовой фауны. Появляются новые семейства среди аммоно- идей, двустворчатых моллюсков, брахиопод и иглокожие и первые представители шестилучевых кораллов.

 

Весьма значительное обновление фауны произошло в конце триаса. Вымирают большинство семейств древних рептилий (около 80 % ), которые позднее, в лейасе, заменяются более высокоорганизованными новыми семействами и родами. К их числу относятся тероиоды, зауроподы, птицеящеры, водные рептилии (плезиозавры, ихтиозавры). Полностью обновляется фауна аммо- ноидей. В конце триаса вымирают все ранее существовавшие формы, а в юре бурно р-асцветают новые представители. В начале юры мощное развитие получают белемниты.

 

В течение юрского периода происходит обновление одних групп и вымирание других. Продолжают вымирать брахиоподы, но появляются и широко расселяются новые рода и семейства двустворчатых моллюсков, например устрицы. Сильные изменения происходят в составе кораллов, морских ежей и криноидей.

 

В меловом периоде происходят выдающиеся события в развитии органического мира. На суше это необычайно быстрый расцвет и завоевание новых жизненных пространств покрытосеменной растительностью. Известно, что представители этой флоры появились в начале раннемеловой эпохи, в альбском веке они бурно развивались, а в позднем мелу покрытосеменные занимали господствующее положение. В конце мелового периода намечается кризис фауны. В это время вымирает огромное количество видов и родов морской и наземной фауны. Вымерли аммониты, белемниты, многие семейства и рода брахиопод, простейших. Окончили свое существование динозавры, птерозавры, плеозиозавры, мезозавры и морские крокодилы. Вместе с тем необычайно быстрое развитие получили в позднемеловую эпоху наннопланктон (кокко- литофориды) и пелагические фораминиферы.

 

Новый расцвет органического мира произошел в эоценовую эпоху. Особенно большое разнообразие имела наземная фауна и флора. Максимальное количество новых семейств возникло среди морских и пресноводных рыб, млекопитающих и покрытосеменной растительности.

 

Во второй половине олигоцена наступает спад в видообразовании, многие семейства вымирают. Это касается брахиопод, двустворчатых и брюхоногих моллюсков, рептилий, голосеменной, спороносной и покрытосеменной растительности.

 

Новым и весьма сильным революционным рубежом в истории биоса был конец плиоцена и начало плейстоцена. В это время появились первые предки человека. Хотя на этом фоне другие события кажутся малозначительными, тем не менее именно в это время животный и растительный мир приобрел черты современности.

 

Р. Ньювелл [165] провел анализ численности семеств главных групп организмов в различные периоды фанерозоя. По его данным, вымирание многих семейств морских беспозвоночных приходится на конец кембрия (трилобиты, археогастроподы, губки), конец, ордовика (криноидеи, брахиоподы, трилобиты, иглокожие), конец девона (брахиоподы, кораллы, аммоноидеи, остракоды, мшанки, фораминиферы), конец триаса (брахиоподы, аммоноидеи), конец мела (криноидеи, аммоноидеи, иглокожие, гастроподы, двустворки, губки, мшанки). Исходя из распределения выше 2000 семейств Ньювелл приводит диаграмму вымирания и расцвета животного мира ( 8.3). Этот анализ подтверждает и уточняет закономерности, установленные многими исследователями, с ним хорошо согласуются приведенные выше графики (см.  8.1 и 8.2).

 

Весьма важным выводом является то, что большинство кризисов в развитии фауны совпало с эпохами значительных температурных минимумов, а наиболее крупные из них — с эпохами оледенений. Вместе с тем можно отметить, что после вымирания, как правило, наступали эпохи необычайно большого расцвета органического мира. Причем организмы не просто расселялись, захватывая новые экологические ниши, но, что самое главное, резко возрастала скорость их развития.

 

Наблюдаемая корреляция между кризисами в развитии биоса с эпохами существенных похолоданий и даже оледенений дает основание сделать вполне обоснованный вывод о связи эволюции органического мира с климатом. В действительности, причиной вымирания организмов могли служить различные абиотические и биотические факторы. Однако подавляющее большинство абиотических факторов вымирания прямо или косвенно было связано с изменением климата. К ним относятся изменения солености, газового режима и уровня Мирового океана, наличие питательных элементов на суше и на море, режим влажности на суше, циркуляционные особенности атмосферы.

 

Наряду с перечисленным немаловажную роль в развитии и расселении организмов, а значит в общей массе биосферы, играли глобальные палеогеографические факторы (площадь и геоморфология суши и моря, наличие участков, благоприятствующих развитию жизни, состав атмосферы и т. д.), а также интенсивность и масштабность вулканических процессов. Основной причиной их развития являлись тектонические или геодинамические процессы. Таким образом, важнейшими критериями в развитии биосферы были климатические условия и тектонические движения.

 

Рассмотрим, совпадают ли вспышки в образовании новых форм органического мира и резкие возрастания объемов биосферы с тектонической активностью? Как известно, Г. Штилле в 1924 г. дал сводку по орогеническим фазам и сформулировал «закон времени орогенеза», согласно которому складчатые деформации земной поверхности происходят в относительно короткие промежутки времени и все они имеют планетарное значение.

 

Несмотря на последующую критику, в последние годы представления Штилле были возрождены на новой основе статистического учета тектонических фаз, выраженных несогласиями, интрузивным магматизмом и метаморфизмом. Интервалы сгущений перерывов и несогласий, т. е. время наивысшей тектонической активности А. А. Пронин предложил именовать тектоническими эпохами. Они охватывают промежуток времени 15—20 млн. лет и разделены анорогенными эпохами такой же продолжительности.

Эпохи расцвета биоса и наиболее высокие скорости образования новых семейств удивительно точно совпадают с эпохами тектонической активности ( 8.4). Каждая тектоническая эпоха характеризуется развитием и существенным расширением вулканизма, резким проявлением сейсмичности, возникновением офиоли- товых комплексов и протяженных офиолитовых поясов, формированием систем надвигов, расширением, а в ряде случаев и замыканием океанических бассейнов.

 

Существующая связь между колебаниями климата, тектогенеза и эволюцией организмов находит естественное объяснение при допущении, что в основе всех этих изменений лежало изменение параметров вращения Земли. Оно оказывало влияние на климат и служило источником тектонических напряжений. По мнению ряда исследователей, обнаруживается связь между движением плит с нарушениями ротационного режима [168]. На корреляцию между похолоданиями, вулканизмом, магнитными инверсиями, а также на причинную зависимость между движениями плит, ротационным режимом и возмущениями магнитного поля указывают Дж. Кенетт, Н. Уоткинс, Дж. Чэппел и другие.

 

К содержанию: Древние климаты Земли. Происхождение и эволюция климата

 

Науки о Земле

Палеоклиматология





 

 Смотрите также:

  

Организованность монолита земной жизни и космопланетарное...

Он сформулировал закон квантитативно-компенсаторной функции биосферы... и выявил многочисленные факторы влияния космического
Представление об эволюции биосферы и ее превращении в ноосферу в ходе социально-природного развития человека как части...

 

Глобальные катастрофы и эволюция жизни

Одни дали направление развитию ящеров и иных пресмыкающихся, других — их
Некоторые ученые, изучающие эволюцию биосферы, придерживаются такой точки зрения: Земля
Возражением против того, что лишь космические факторы ответственны за формирование...

 

биосфера - ученый В. И. Вернадский - охрана биосферы

Геохимическая роль жизни проявляется в поддержании в равновесном состоянии газового состава атмосферы, состава морских и пресных вод, во влиянии на климат и плодородие .
Он показал, что биосфера отличается от других сфер Земли тем, что в ее пределах...