Многие факторы среды жизни древней фауны, как-то: глубина, температура и подвижность воды в каком-нибудь бассейне, легко определяемые гидрологом или самим биологом при его работах над современным миром организмов, не могут непосредственно наблюдаться и замеряться геологом или палеоэкологом.
Данные, характеризующие эти факторы, приходится выяснять косвенным путем, прибегая к литологическому и фациальному анализам. При этом, как и при изучении ископаемых организмов, нельзя ограничиваться описанием состава и установлением точного названия изучаемых пород, а необходимо выяснить их происхождение и охарактеризовать обстановку их возникновения и тем самым в значительной степени среду обитания фауны и флоры. Кроме того, особое внимание должно быть уделено изучению процессов изменения осадков после их отложения (диагенез, эпигенез); эти изменения должны быть отброшены при воссоздании условий образования осадков.
Палеоэкологические и литологические исследования должны идти рука об руку. Палеоэколог не может не затрагивать сферы исследований литолога, и, наоборот, литолог — сферы работ палеоэколога, так как в смежной области они иногда только и в состоянии будут найти ключ к разрешению ряда вопросов своей области — соответственно, вопросов образа и условий жизни организмов и условий образования осадков. Само собою разумеется, что палеоэколог, как и литолог, должны быть и хорошими геологами.
Вследствие специализации научных дисциплин, сильного и непрерывного роста фактического материала, накопляемого отдельными областями знаний, а также вследствие дифференциации методики работ, в особенности лабораторной, одному лицу невозможно одинаково овладеть всеми знаниями, требующимися для работ по палеоэкологии и литологии.
Ввиду этого исследователю приходится быть или литологом или палеоэкологом, а для исчерпывающего изучения материала — работать совместно со специалистом в другой области. При этом необходимо помнить, что овладение знаниями, нужными для более полного самостоятельного охвата материала, является для палеоэколога крайне желательным.
Таким образом, для решения современных задач палеоэкологии требуются специалисты широкого профиля и необходима разработка комплексного палеоэколого-литологического метода исследований отложений геологического прошлого. Предлагаемое название этого метода не включает всех разделов палеонтологии и геологии, которые должны быть привлечены для разработки вопросов палеоэкологии, а только их основные, ведущие разделы, т. е. палеоэкологию и литологию.
После обычного выяснения качественного состава фауны, флоры и пород (родовой и видовой состав фауны и флоры и, соответственно, типы пород) и их количественной характеристики, совместному установлению палеоэколога и литолога подлежат, например, в случае изучения участка дна ископаемого моря с его населением, удаленность от берега исследуемой части дна, ее освещенность, глубина, степень подвижности воды и ее температура, газовый режим, соленость и другие факторы среды, которые изучаются для современных морей гидробиологами и океанографами.
В настоящее время мы еще далеки от возможности точно выяснить многие из выше перечисленных общих и местных особенностей, но рано или поздно мы научимся их распознавать из того же самого материала, которым занимаемся и сейчас, — из геологического разреза, горных пород и окаменелостей, запечатлевших совокупность физических, химических и биотических условий среды прошлого, в которой жил и развивался мир древних организмов и где захоронялись его остатки.
При применении комплексного палеоэколого-литологического метода основою для работ является геологический разрез, различно используемый геологами и палеонтологами и требующий при палеоэкологических исследованиях специального, особенно тщательного и разностороннего изучения. Лишь на детально и разносторонне изученном разрезе можно основывать выводы палеоэкологического характера.
По своей структуре земная кора разделяется на участки различных типов: платформы и геосинклинали, предгорные прогибы и межгорные впадины, отличающиеся друг от друга степенью подвижности, типами осадков, темпами их отложения, мощностями и многим другим. Все эти области, различные в структурно-геологическом отношении, допускают постановку палеоэкологических исследований, однако легкость их проведения и получения выводов, а также определенность последних для различных областей будут различными.
Условиями, благоприятными для проведения палеоэкологического анализа и освещения условий жизни ископаемых организмов, являются:
а) хорошая обнаженность, позволяющая не сомневаться в правильной увязке разрезов отдельных обнажений и допускающая многочисленные полевые наблюдения и богатые сборы;
б) хорошая сохранность фауны и флоры, легкость ее извлечения из породы, отсутствие метаморфизации у последней;
в) сравнительно небольшая мощность исследуемой толщи, позволяющая видеть в обнажениях отдельные горизонты или составлять их разрезы без пробелов по отдельным обнажениям;
г) значительная горизонтальная протяженность толщи, позволяющая прослеживать фациальные переходы внутри стратиграфических единиц, по слоям;
д) незначительность тектонических нарушений или их отсутствие, благодаря чему отложения могут быть прослежены на большом протяжении и без пробелов.
Все перечисленные благоприятные условия характеризуют морские осадочные образования в платформенных условиях. Геосинклинальные области с их значительно большими мощностями осадочных образований, их частичной метаморфизацией и сильными тектоническими нарушениями представляют более трудные объекты для исследований.
Лицам, впервые приступающим к палеоэкологическим исследованиям, необходимо браться вначале за более легкие объекты и от них переходить к более трудным. Это относится как к толщам, заключающим органические остатки, так и к отдельным органическим формам, фаунам или флорам.
Наиболее благоприятными для палеоэкологического анализа являются толщи, состоящие из чередования слоев различного литологического состава и, в связи с этим, заключащие различные комплексы фауны и флоры. Такие толщи отражают сильную изменчивость условий осадкообразования и условий органической жизни и дают палеоэкологу больше данных для суждения об условиях и образе жизни вымерших животных и растений, чем отложения, сложенные однообразными осадками, со столь же однообразной по составу фауной и флорой.
Толщи с чередованием слоев различного состава, предоставляя исследователю большой сравнительный материал, дают ему хорошую возможность «оконтурить» жизненные возможности вымерших организмов и определить их фациальную приуроченность. И это тем более, что отложения такого типа отличаются не только сильными (обычно быстрыми) фациальными изменениями в вертикальном разрезе, но в них наблюдаются также довольно быстрые фациальные изменения по протяжению слоев (в пространстве), которые позволяют проверить и уточнить выводы, сделанные при изучении вертикальных разрезов.
Следует отметить, однако, что в таких сильно изменчивых отложениях трудно собрать материал для изучения филогенетического развития организмов, так как на данном участке бассейна вследствие быстрых и резких изменений среды обитания одна и та же фауна или флора длительно существовать не могла. Толщи, образованные в таких условиях, как, например, отложения верхнего девона в пределах Главного девонского поля, будут заключать лишь отдельные, разрозненные звенья филогенетических ветвей.
Иначе было бы в тех частях бассейна, где условия менялись не столь резко и быстро. Здесь отложения представлены более однообразными по составу толщами, заключающими остатки организмов, которые развивались в течение значительного времени на месте. Поэтому такие толщи дадут хороший материал для прослеживания развития отдельных, в особенности эврибионтных, групп организмов, а также для построения протяженных филогенетических линий и целых филогенетических деревьев. Примерами могут служить отложения верхнего девона Центрального девонского поля и ордовика Ленинградской области и Эстонии, карбона центральной части Русской платформы и некоторые ярусы палеогена Ферганской депрессии.
Опыт работы советских ученых показывает, что наиболее плодотворными являются комплексные палеоэколого-литологические исследования целых бассейнов геологического прошлого или крупных их частей на значительных отрезках геологического времени (желательно на протяжении всего времени существования бассейна). Получаемый при таких исследованиях огромный фактический материал дает широкие возможности для сравнительного анализа и проверки палеоэкологических выводов.
Такие широко поставленные исследования позволяют также делать многочисленные хорошо обоснованные выводы по вопросам систематики и эволюции органического мира, литогенеза, фаций, палеогеографии, палеоклиматологии, стратиграфии, тектоники, генезиса полезных ископаемых, а также по другим вопросам, освещенным с палеоэкологической стороны.
Так, например, раньше допускались крупные ошибки в корреляции отдельных разрезов, до горизонтов и ярусов включительно. Они происходили вследствие игнорирования исследователями фациальной приуроченности и фациальной смены ископаемой фауны и флоры, т. е. от незнания основных положений палеоэкологии. Наглядный пример трудности коррелирования разнофациальных морских отложений и допускавшихся при этом ошибок дают отложения верхнего девона Главного девонского поля.
Разрезы отдельных горизонтов морских отложений в западной и восточной половинах Главного девонского поля представлены разными типами пород с разными комплексами форм; кроме того, в центральной части поля обнаженность недостаточна для прослеживания фациальных переходов в пространстве. Почти полное отсутствие общих форм организмов в одновозрастных отложениях привело к существованию нескольких вариантов сопоставления разрезов обеих половин Главного девонского поля. Правильная единая стратиграфия для отложений этого региона могла быть выработана только тогда, когда были установлены в пределах его восточной половины закономерности в смене фаций (осадков и комплексов организмов) от берега в глубь водоема и когда было выяснено, что комплекс организмов, характерный для западной части поля, представляет следующее по очереди нормальное звено единого одновозрастного ряда комплексов форм.
Таким образом, оказалось, что прежде затрудняли работу стратиграфа те особенности, которые можно было предугадать, если подойти к имевшимся данным с палеоэкологическим анализом.
Приведенный пример корреляции трудно сопоставимых разрезов девона Русской платформы показывает первостепенное значение палеоэкологии в решении вопросов стратиграфии. Когда основной в стратиграфии метод «руководящих форм» или рекомендуемый в настоящее время метод «руководящих комплексов форм» не может быть применен, на первое место выдвигается метод корреляции разрезов на основании закономерной экологической смены комплексов форм и биоценозов в пространстве.
Изучение фациально сильно изменчивых толщ со значительной сменой фаций в пространстве показывает, что чем различнее были друг от друга на дне бассейна эти фации, тем меньше общих органических форм они содержали; одновозрастные фации могут, как известно, и не заключать общих форм. Поэтому в практике стратиграфа не редки будут случаи, аналогичные рассмотренному выше, когда корреляция разрезов потребует изучения закономерностей смены фауны и флоры в пространстве в зависимости от условий их существования.
Рассмотрим и другие случаи. Когда стратиграф занимается особенно дробной, послойной увязкой разрезов толщ, отвечающих небольшим отрезкам геологического времени, за которые видовой состав фауны (флоры) существенно не менялся, он также должен будет перейти от метода руководящих форм и комплексов форм (в смысле геологического времени) к другому методу, а именно к методу детальной корреляции разрезов по палеоэкологическим и биостратономическим признакам. К палеоэкологическим признакам относятся: прижизненные количественные отношения видов, их приуроченность к определенным частям слоя, соответствующим местам и времени их жизни, различные следы животных и их приуроченность к разным уровням слоя, прижизненная ориентировка раковин, корней растений и т. д. К биостратономическим признакам относятся: вторичные, посмертные количественные отношения остатков различных видов, а также сохранность раковин, ориентировка и скопления их и т. д., обусловленные механическими факторами, действовавшими при гибели или после смерти организмов.
Показана часть разреза нижнего карбона на р. Мете, в Новгородской области, заключающая восемь слоев известняка с остатками фауны, общий видовой состав которой почти не меняется на протяжении всего разреза. Этот сводный разрез нельзя было составить по одному обнажению, а при составлении его по частям, по многим обнажениям, при сопоставлении отдельных слоев допускались ошибки. Узнать отдельные слои в отдельных обнажениях и правильно составить сводный разрез удалось только при использовании перечисленных палеоэкологических и биостратономических признаков, выдерживающихся на некотором, сравнительно небольшом расстоянии (в несколько километров).
Мстинский разрез наглядно показал, что перечисленные особенности слоев могут служить прекрасными «руководящими признаками» для послойной корреляции разрезов, в особенности в тех случаях, если они состоят из частого чередования нескольких, повторяющихся типов пород, с соответственно повторяющимися комплексами форм. Этот метод может оказать большие услуги детальной, послойной стратиграфии месторождений полезных ископаемых.
Стратиграфам может быть также рекомендован метод выделения стратиграфических единиц и корреляции разрезов по смене экологических комплексов форм во времени. Дело в том, что для биостратиграфии имеет значение не только смена во времени видового состава фауны или флоры, сохранявшей при своем развитии в общем один и тот же экологический облик. Очень важной является также смена во времени (в разрезе) комплекса фауны или флоры одного экологического облика комплексом другого, экологического облика, если эта смена охватывала более или менее значительные площади. Так, например, при выработке стратиграфической шкалы верхнего девона Главного девонского поля был выделен шелонский горизонт на том основании, что, представляя-лагунные отложения, он содержит сильно обедненный комплекс форм по сравнению с предшествующим чудовским и последующим свинордским морскими комплексами. Точно так же палеоэкологический анализ ферганской позднеалайской фауны при прослеживании ее во времени позволил обнаружить очень бедный родами и видами специфический комплекс моллюсков, указывающий на временное сильное понижение солености вод в Ферганском заливе. На этом основании прежний нерасчлененный верхнеалайский подъярус был разбит на три части.
Данные палеоэкологии и тафономии оказывают геологической теории и практике значительную помощь при изучении условий отложения осадков и условий образования полезных ископаемых осадочного происхождения.
Приведем примеры из палеогена Ферганы. Детальное палеоэкологическое изучение его фауны и флоры и детальное изучение осадков позволило выделить в морском заливе, занимавшем Ферганскую межгорную впадину в палеогене, несколько зон морского дна с характерным для каждой из них населением и выяснить, чем отличались разные части залива (северная, южная, предпроливная и др.), и это изучение дало также много для уточнения условий отложения различных типов морских и лагунных осадков.
Было установлено, что, кроме известных ранее отложений моря и соленых лагун по периферии бассейна, большое развитие имели на севере красноцветные дельтовые образования, ранее относившиеся к мелу.
По направлению к центру бассейна дельтовые отложения сменялись терригенными и терригенно-карбонатными осадками, заключающими остатки морских моллюсков, клешни раков и многочисленные норы роющих животных, при изучении этих нор и клешней выяснилось, что они принадлежали роющим среднехвостым ракам из рода Callianassa, современные представители которого населяют литораль (приливо-отливную зону) и верхнюю часть сублиторали теплых морей.
Таким образом, изучение этих остатков фауны и следов жизни, которым ранее не уделялось никакого внимания, позволило определить литоральные осадки и точно провести на фациальных картах береговую линию Ферганского залива для разных моментов его существования. Эти данные, как и установление палеогенового возраста красноцветов, имеют большое практическое значение, так как позволяют очертить естественные границы морских отложений, заключающих различные полезные ископаемые.
Комплексное изучение пород и фауны Ферганского залива привело также к выяснению условий образования доломитовых илов — сейчас доломитов, встреченных на двух уровнях разреза. Оказалось, что эти илы осаждались в период значительного понижения солености вод в заливе, когда в нем обитала скудная фауна моллюсков — мелкие Eulima, Meretrix tschangirtaschensis Liwer. — и когда здесь появился также Unio. Таким путем был установлен новый тип доломитообразующих бассейнов: морской залив, сильно опресненный водами рек.
Сопоставление данных о появлении и исчезновении в разрезе различных экологических комплексов фауны с данными о нефтеносности ферганского разреза показало, что уровни массового развития указанных моллюсков совпадают с горизонтами наибольшей нефтеносности. Следовательно, этот комплекс форм характеризует в ферганском палеогене условия, благоприятные для накопления нефтяной органики. Поэтому он и близкие ему комплексы могут быть и в других районах в аналогичной геологической обстановке использованы как поисковые признаки.
Таким образом, опыт работы показывает, что систематическая палеонтология и палеоэкология могут давать практике не только руководящие формы (роды, виды и целые комплексы форм) и соответствующие атласы и определители для установления геологического возраста отложений. Они могут также давать руководящие формы, а отсюда и атласы и определители для распознавания фаций, условий отложения осадков и условий образования связанных с ними полезных ископаемых.
Такие «руководящие формы» в новом понимании реально существуют; необходимо только заняться их выявлением. Эго может быть сделано при условии развития у нас палеоэкологических и, еще лучше, комплексных палеоэколого-литологических исследований. Ими будут выявлены для различных геологических систем и отдельных ископаемых бассейнов надежные индикаторы фаций, а при обобщении данных по многим бассейнам могут быть составлены «определители фаций, условий отложения осадков и условий образования полезных ископаемых» по отдельным ископаемым формам, экологическим комплексам и биоценозам, а также на основании закономерностей их захоронения. Эти определители будут весьма полезны для поисков разнообразных полезных ископаемых осадочного происхождения (горючих и негорючих, рудных и нерудных, а также строительных материалов).
Наконец, данные палеобиогеографии и палеоэкологии, а в других случаях данные тафономии помогают установлению общей тектонической жизни территории, выявлению мелких колебательных движений земной коры, определению времени возникновения и продолжительности «жизни» тектонических структур, а также определению элементов залегания слоев.
Дело в том, что изменения животного и растительного мира отражают (и тем самым отмечают) изменения, происходившие в среде их жизни, а эти последние являлись в значительной степени следствием перемещений, происходивших в земной коре. Наблюдаемую нами смену фауны и флоры в вертикальном разрезе, их миграции в пространстве и во времени можно рассматривать в основном как Следствие тектонических процессов, происходивших на данном участке или в смежных областях. Таким образом, тектонические процессы «регистрировались» составом и развитием мира организмов.
Было также выяснено при детальном изучении некоторых тектонических структур, что они «жили» длительное время и что прежде, чем окончательно сформироваться, они существовали на дне морского бассейна в виде поднятий. На вершине и на склонах таких поднятий обычно отлагались более грубозернистые осадки, за их пределами — более тонкозернистые; соответственно на этих различных участках обитала в чем-то отличная фауна и флора и существовали различные обстановки для их захоронения. Таким образом, нахождение в одновозрастных отложениях различных органических остатков, различным образом захороненных, а также характер осадков в разных частях структур при их эколого-литологическом анализе могут указать время проявления на данном месте тектонических движений.
Далее, закономерности ориентировки раковин, например, наличие разрозненных створок раковин плеченогих или пластинчатожаберных моллюсков, ориентированных выпуклостью вверх, направление роста кораллов, строматопороидей, водорослей и др., следы ползания животных в виде желобков на верхней поверхности слоев и, соответственно, валиков на нижней поверхности, а также многочисленные другие биостратономические и палеоэкологические признаки точно отмечают лежачий и висячий бока слоев; это бывает необходимо знать в районах с сильными тектоническими нарушениями.
Таким образом, остатки ископаемых животных и растений могут служить не только для установления геологического возраста отложений, а имеют для геологии многостороннее индикаторное значение.