CC BY
47
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Обзор горно-геологических и геомехани-ческих условий эксплуатации железорудных месторождений Горной Шории и Хакасии, склонных к горным ударам / А.В. Дерюшев, В.И. Бояркин, А.М. Нохрин и др. - Новокузнецк: изд. СМИ, 1988. - 41 с.
2. Моделирование в геомеханике / Ф.П. Глу-шихин, Г.Н. Кузнецов, М.Ф. Шклярский и др. - М.: Недра, 1991. - 240 с.
3. Ш е х о в ц о в В.С. Основы научных исследований в горном деле. - Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2006. - 136 с.
© 2012 г. В.О. Шеховцова, В.Н. Фрянов,
В.С. Шеховцов Поступила 29 мая 2012 г.
УДК 551.8.07:911.2:551.73(571.1/.5)
Я.М. Гутак, В.А. Антонова, З.А. Толоконникова
Сибирский государственный индустриальный университет
ГЛАВНЫЕ РУБЕЖИ В КОЛОНИЗАЦИИ ДРЕВНЕГО СИБИРСКОГО КОНТИНЕНТА
Настоящая работа посвящена рассмотрению вопросов зарождения и развития жизни в пределах древнего сибирского континента Ангари-да. В геохронологическом аспекте этот интервал в основном совпадает с девонским периодом палеозойской эры (416 - 359 млн. лет). К началу этого времени Ангарида представляла собой отдельный материк в северном полушарии Земли. С юга к нему примыкали материки Европы, Казахстана и Китая. В экваториальной и южной частях планеты располагался огромный суперматерик Гондвана (рис. 1). Такая палеогеография предопределила значительное запаздывание начала освоения Ангариды по сравнению с более южными материками.
Первые достоверные следы жизни на континентах Земли известны с конца силурийского периода (венлокский ярус). Переход жизни из водной среды в атмосферу - очень крупная революция в истории биосферы планеты. Условия континента значительно отличаются от комфортной водной среды своей сухостью и резкими суточными перепадами температур. Это требовало существенной трансформации водных растений и появления у них новых органов и приспособлений, позволяющих улавливать углекислый газ атмосферы и предохранять тело от высыхания. Наиболее пригодными для этого процесса районами планеты выступали континентальные массы Лавренции и
Рис. 1. Палеогеография Земли в начале девона (416 млн. лет). С упрощениями [1]
Европы, расположенные вблизи экватора. Именно там, внутри континента в пресноводных отложениях венлока-лудлова и были обнаружены первые высшие наземные растения (Подолия, Чехия, Англия, Ирландия, штат Нью-Йорк) [2]. На Казахстанском континенте первые высшие растения появляются несколько позднее в пржидольское время [3]: они представлены своеобразной группой примитивных небольших ископаемых растений, большую часть остатков которой представляет род Cooksonia. Морфология первых высших растений еще не позволяла им оторваться от водной среды, большая часть растений (вся высота несколько сантиметров) находилась под водой на мягком супесчаном грунте, и лишь органы размножения (спорангии) поднимались над водой, обеспечивая растению возможность репродукции.
Документированные находки растительных ассоциаций с Cooksonia на Сибирском континенте отмечены только в отложениях лохков-ского яруса нижнего девона (416 - 411 млн. лет). Это почти на 20 млн. лет позже первого появления растений на экваториальных материках. Одной из причин такого запаздывания, кроме северного положения материка, на наш взгляд, является существование непреодолимого для растений водного барьера (Палеоазиатский океан), в котором отсутствовали переходные «мосты» (острова). Наличие последних, по мнению большинства палеоботаников, выступает одной из необходимых предпосылок для расселения растений [4]. Для преодоления этого барьера растениям понадобилось значительное время, но и потом изолированность Сибирского континента продолжала сказываться на развитии растительных сообществ региона. Вместе с Cooksonia обнаружены остатки эндемичных (не найденных больше нигде) высших растений [5].
Завоевание Ангариды началось с юга (Ал-тае-Саянская складчатая область, наиболее близкая к Казахстану), где в начале девона существовали обстановки неглубоких шельфовых морей и лагун. Их конфигурация очень быстро менялась: на смену морским обстановкам приходили лагунные и континентальные и наоборот [6]. Это обусловлено высокой тектонической и вулканической активностью территории [7]. Практически весь регион Южной Сибири в этот период охвачен мощным вулканизмом (Минусинские впадины, Кузнецкий Алатау, Горный Алтай). Такой ход событий обусловил с одной стороны благоприятный для развития растительной жизни климат (тепло, много углекислого газа), а с другой - пре-
допределил появление в остаточных бассейнах Палеоазиатского океана многочисленных островов, выполнивших роль соединительного моста между Казахстаном, где в это время уже существовали наземные растительные ассоциации, и Ангаридой. К настоящему времени в Южной Сибири имеется два документированных местонахождения куксоний. Одно из них установлено в Горном Алтае (камышенская свита) [8], второе - в Салаирском кряже (томь-чумышская свита) [5]. Относительный возраст этих геологических формаций по остаткам морских организмов определен началом девона (лохковский век).
Дальнейшая последовательность событий направлена на увеличение высоты растений, от этого напрямую зависело их выживание: чем выше поднималось растение, тем дальше и на большую площадь оно могло разбрасывать свои споры. Естественно, что для мягкотелых полуводных растений высота такого подъема была ограничена.
К концу девонского периода растения образуют природные ландшафты, включающие большое количество видов. Лесом такое сообщество назвать еще нельзя (высота растений не превышала 0,5 - 1,0 м), но, по-видимому, борьба за свет заставляет растения подниматься выше и обзаводиться необходимыми для этого новшествами: проводящей тканью для доставки питательных веществ и воды к вершине, механической тканью для лучшей устойчивости и т.п. Первые растительные ассоциации неотрывно связаны с водной средой и очень узкой прибрежной полосой континента. Это был своеобразный плацдарм для дальнейшей экспансии жизни на континент. Новые приобретенные качества позволили это сделать.
Второе знаковое событие в развитии континентальной жизни связано с выработкой растениями специального органа, ускоряющего процесс фотосинтеза, - листа (рис. 2). Первые растения Земли не имели листьев, и процесс фотосинтеза проходил у них в поверхностном клеточном слое конечных веточек. В геологическом плане данное событие на Сибирском континенте происходит на нижней границе позднего девона. В это время появляется сразу несколько видов растений с листовой пластинкой, принадлежащих как к споровым, так и к появившимся голосеменным растениям. Первые семенные растения имели мелкокустарниковую стелющуюся форму.
В это же время у растений появляется твердая опора (ствол) и настоящие корни. Именно эти органы позволили им подняться высоко
Рис. 2. Отпечатки Archaeopteris sibirica Zalessky (р. Красная, верхний девон, франский ярус, яя-петропавловская свита). Коллекция авторов, натуральная величина
вверх. В десятки и сотни раз увеличилась площадь разбрасывания спор, а следовательно, во столько же раз увеличился ареал их расселения. Этот рубеж в разрезах Южной Сибири также совпадает с границей среднего и верхнего девона (385 млн. лет). Первыми растениями Сибири, обладавшими стволом, стали представители рода Archaeopteris. Диаметр их ствола иногда превышал 10 см, а достоверная высота 4 м (рис. 3).
Эти растения заселяли обширные низинные части Ангариды, образуя первые в истории континента леса [8, 9]. Формирование лесных ландшафтов имело революционное значение для дальнейшего развития материка. До этого периода он был почти лишен воды: вся поступавшая из атмосферы влага мгновенно стекала
в прибрежные водоемы или испарялась. Возникшие леса удерживали выпавшую атмосферную влагу своей корневой системой. Многократно увеличились процессы выветривания горных пород (к физическому выветриванию добавились химическая и биологическая составляющие). Формируются первые почвы и мощные коры выветривания. Появляются предпосылки регулирования поверхностного стока континента (первые реки). Именно эти реки поставляют в конечные бассейны стока пищу для обитающих там организмов и становятся идеальным мостом для выхода на сушу живых организмов.
Появление тетрапод - это биотическое событие в истории Сибирского континента, расположено вблизи границы франского и фамен-ского ярусов верхнего девона (374 млн. лет). Возможно, что оно имеет глобальное значение. Первое документированное появление тетра-под на разных континентах планеты (Северная Америка, Европа, Австралия) фиксируется именно в это время. Имеются указания на более раннее появление наземных четвероногих в эйфельское время [12]. В отложениях этого времени на западе Европейского континента (Польша) обнаружены многочисленные следы передвижения наземного существа, идентичные следам тетрапод, однако материальных доказательств существования среднедевонских четвероногих пока не найдено. Если в будущем такие будут обнаружены, то это будет еще одним свидетельством некоторого запаздывания в колонизации Сибирского континента по сравнению с другими континентами Земли. Первое и пока единственное местонахождение тетрапод Сибирского континента
Рис. 3. Ствол Archaeopteris sp. (Палеонтологический музей базы геологической практики студентов ТГУ, п. Шира,
республика Хакассия). Фото авторов
обнаружено авторами совместно с П. Албер-гом и М. Кундрадом (университет Упсала, Швеция) в правом борту реки Уруп ниже по течению от пос. Ивановка на границе Кемеровской области и Красноярского края [13]. Местонахождение локализовано в отложениях кохайской свиты позднего франа в верхней части разреза последней. Кохайская свита занимает среднюю часть разреза отложений внутриконтинентальной озерной палеосистемы Минусинских впадин. Эта система крупных озер, расположенных вблизи морского побережья и отделенная от моря горной грядой Кузнецкого Алатау, стала идеальным местом для развития пресноводной ихтиофауны (плакодермы, двоякодышащие, кистеперые) и потом для появления первых тетрапод. Главным рубежом в этом процессе стали процессы периодического осушения озерной системы у границы франского и фаменского веков, что подтверждается появлением в разрезе слоев с красной окраской. Такое чередование событий (сухо, влажно) предопределило появление у кистеперых органа, позволяющего передвигаться по пересохшему водоему (замена плавников конечностями), и органа, позволяющего дышать воздухом атмосферы (легкие).
Характеризуя события в колонизации жизнью древнего Сибирского континента, следует отметить еще один рубеж, связанный с появлением лепидофитовой ассоциации растений. Они появляются в пределах Ангариды в жи-ветское время среднего девона и проникают в Ангариду с юга (территория Казахстанского континента), где они доминируют в составе растительных ассоциаций среднего девона. Первые находки лепидофитов (Protolepidodend-ropsis) зафиксированы авторами в отложениях узунтальской свиты (Горный Алтай) и ново-фирсовской толщи (Северный Алтай) живет-ского века [14]. Скорей всего именно в это время возникают первые надежные связи Сибирского и Казахстанского континентов. В фамене Ангариды лепидофитовая ассоциация становится доминантной группой в составах растительных ассоциаций, что указывает на очевидные связи Ангариды и Казахстана.
Таким образом, к настоящему времени вырисовывается следующая последовательность колонизации жизнью древнего Сибирского континента Ангарида:
- появление первых высших растений -лохковский век раннего девона (416 - 411 млн. лет);
- появление листьев, высоких стволов и настоящих корней; появление первых семенных
растений - начало франского века позднего девона (385 - 374 млн. лет);
- выход на сушу животных (тетрапод) - фа-менский век позднего девона (374 - 359 млн. лет).
Биотические события на Сибирском континенте несколько запаздывают по сравнению с аналогичными событиями на других континентах планеты (Лавренции, Гондване, Казахстане), что объясняется северным положением Сибирского континента в девонское время.
Изолированность Ангариды от других континентальных массивов предопределила некоторое своеобразие развития растительных ассоциаций и их отличия от одновозрастных ассоциаций южных материков [15].
Освоению суши живыми организмами на первом этапе способствовали «мосты» - архипелаги островов в древнем палеоазиатском океане, разделяющем Казахстан и Ангариду на завершающих этапах его развития.
Колонизация континентов Земли живыми организмами имела непреходящее значение для развития планеты, в частности, для регуляции ее климата. Растительные сообщества в процессе фотосинтеза уменьшали количество углекислого газа в атмосфере, способствовали увеличению ее «прозрачности», что автоматически вело к выхолаживанию, дифференциации климата и появлению континентального оледенения. Оледенение, в свою очередь, вело к уменьшению количества и разнообразия растительности и, следовательно, к увеличению содержания парникового газа и глобальному потеплению. Таким образом, биосфера планеты выработала механизм саморегуляции и навсегда исключила этапы глобального оледенения планеты, имевшие место в ранней истории Земли (криогений).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. M o n r o e J.S., W i c a n d e r R. The Chanding Earh Explosing. Geology and Evolution. - West Publ. Co.1994. - 731 p.
2. М е й е н С.В. Основы палеоботаники. -М.: Недра, 1987. - 403 с.
3. Токрауский горизонт верхнего силура. Серия Балхашский сегмент / Под ред. И.Ф. Никитина, С.М. Багдалепова. - Алма-Ата: Наука, 1984. - 234 с.
4. M a г s c h a l l J.E.A., H o n g h e Xu, H u-a i c h e n g Zhu, W e l l m a n C.Y., B e г r y C.V., W a n g Yi. The Alnaids: a key to understanding the Pattern of Devonian Afforestation // Биостратиграфия, палеогеография и события в девоне и раннем карбоне. - В кн.: Материалы Международной конфе-
ренции, посвященной памяти Е.Ф. Елкина. Уфа - Новосибирск, 20 июля - 10 авг. 2011 г. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. С. 102.
5. С те п а н о в С.А. Фитостратиграфия опорных разрезов девона окраин Кузбасса.
- Новосибирск, 1975. - 150 с.
6. Д у б а т о л о в В.Н., К р а с н о в В.И. Палеоландшафты Азиатской части России в среднем палеозое. - Новосибирск: СНИ-ИГГиМС, 2011. - 169 с.
7. Г у т а к Я.М., Р у б а н Д.А. Региональные тектонические перестройки и колебания уровня моря как факторы биотической эво-люции. - В кн.: Палеонтология Центральной Азии. Тезисы докладов Международной конференции к 40-летию Совместной Российско-Монгольской палеонтологической экспедиции (СРМПЭ). 18 - 19 ноября 2009 г. Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка. РАН. Москва. - М.: Изд. ПИН РАН, 2009. С. 31 - 33.
8. Г у т а к Я.М., А н т о н о в а В.А., Т о л ок о н н и к о в а З.А. Алтае-Саянская область - Колонизация суши, первый этап. -В кн.: Эволюция жизни на Земле. Материалы IV Международного симпозиума. 10
- 12 ноября 2010 г. / Отв. ред. В.М. Подо-бина. - Томск: ТМЛ-Пресс, 2010. С. 463 -465.
9. А н т о н о в а В.А. Позднедевонские леса Сибири. - В кн.: Природа и экономика Западной Сибири и сопредельных территорий. Материалы Всероссийской научной конференции. Т. 1. Геология и палеонтология. - Новокузнецк: РИО КузГПА,
2009. С. 16 - 19.
10. А н т о н о в а В.А., Г у т а к Я.М., Н а д -л е р Ю.С. Местонахождение позднефа-менской флоры на юге Кузнецкого бассейна. - В кн.: Региональная геология, стратиграфия и палеонтология фанерозоя Сибири. Сборник научных трудов / Под ред.
И.В. Будникова, В.И. Краснова. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 2009. С. 105, 106.
11. А н т о н о в а В.А., Г у т а к Я.М., Р о д ы-г и н С.А. Сравнительная характеристика прибрежно-морских и внутриконтинен-тальных фитокомплексов (поздний девон Кузбасса и Минусинской котловины). - В кн.: Материалы XIII Российской палинологической конференции. Т. 1. - Сыктывкар: ИГ КОМИ НЦ УрО РАН, 2011. С. 113, 114.
12. N i e d z w i e d z k i G., S z r e k, N a r k i ew i c z K., N a r k i e w i c z M., A h l d e r g P.E. Tetrapod trackways from the early Middle Devonian period of Polahd // Nature.
2010. Vol. 463. P. 43 - 48.
13. Г у т а к Я.М., Л е к а р е в а Н.С., А н т он о в а В.А. Ивановское местонахождение кистеперых рыб (поздний девон, Минусинская котловина). - В кн.: Природа и экономика Кузбасса и сопредельных территорий. Т. 1. Геология, география, геоэкология. Материалы Всероссийской конференции «Природно-ресурсный потенциал Кемеровской области и сопредельных территорий». Новокузнецк, 22 - 23 декабря 2010 г. - Новокузнецк: РИО КузГПА, 2010.
С. 26 - 29.
14. Г у т а к Я.М., А н т о н о в а В.А., П е р е-г о е д о в Л.Г., Т и м к и н В.И. Палео-флористические связи Казахстана и Горного Алтая в среднем девоне // Изв. Бийского отделения Русского географического общества. 2005. Вып. 25. С. 16 - 19.
15. G u t a k Ja.M., A n t o n o v a V.A., R u -b a n D.A. Diversity and richness of the Devonian terrestrial plants in the Southeastern Mountainous Altay (Soutern Siberia): Regional versus global patterns // Palaeogeogra-phy, palaeoclimatology, palaeoecology. 2011. Vol. 299. P. 240 - 249.
© 2012 г. Я.М. Гутак, В.А. Антонова,
З.А. Толоконникова Поступила 6 июля 2012 г.
