CC BY
69
УДК 551.73 © 2012: Б.С. Соколов; ФНИ «XXI век»
ВЕЛИКИЕ ПРИРОДНЫЕ СИСТЕМЫ ЗЕМЛИ: БИОСФЕРА, ГЕОМЕРИДА, СТРАТИСФЕРА*
Б.С. Соколов
Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН, Москва, Россия
Эл. почта: mfedon@paleo.ru Статья поступила в редакцию 09.04.2012, принята к печати 10.05.2012
Понятие о биосфере рассматривается как геоисторическое, относящееся ко всей сфере жизни от ее появления, охватившей геофизические оболочки Земли как среду обитания (В.И. Вернадский). Сама жизнь определяется как дискретное живое разнообразие, образующее в целом сложную биоценотическую систему глобального масштаба — геомериду (В.Н. Беклемишев). Биосфера и ее геомерида возникли на Земле одновременно с установлением благоприятных условий, прежде всего, с появлением на коре выветривания свободной воды как среды жизни. В этой среде впервые начался водно-осадочный процесс — формирование слоистой оболочки Земли, стратисферы (около 3,8 млрд лет тому назад). Она навсегда стала хранилищем летописи и биосферной эволюции, и палеонтологической предыстории геомериды.
Ключевые слова: биосфера, геомерида, стратисфера, органическая эволюция, глобальная экология, геоисторизм.
THE GRAND NATURAL SYSTEMS OF THE EARTH: BIOSPHERE, GEOMERIDA,
AND STRATISPHERE B.S. Sokolov
A.A. Borisiak Paleontological Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
E-mail: mfedon@paleo.ru
The concept of biosphere is treated as a geohistorical one. i.e., related to the entire life from its very emergence to enveloping of all the geophysical strata of the Earth as its habitat (V.I. Vernadskiy). The life itself is treated as a discrete living multiformity, which, as a whole, builds up a complex global biocenotic system termed "geomerida" by V.N. Beklemishev. Biosphere and geomerida emerged simultaneously once favorable conditions formed up, including, first of all, free water in the residual soil. In this environment, the aqueous sedimentation process started and resulted in the formation of the stratified envelope of the Earth, its stratisphere (about 3.8 billion years ago). This envelope has become the everlasting depository and chronicle of the biospheric evolution and paleontological prehistory of geomerida. Keywords: biosphere, geomerida, stratisphere, organic evolution, global ecology, geohistoricism.
«Жизнь без начала и конца...» ...И с этим надо примириться. Нам остается лишь дивиться Созданью этому Творца. (Творец — это Природа. Она — Богиня)
Б.С.С.
Содержательное представление о биосфере как о целостном явлении жизни на Земле зародилось еще в XVI в., но в массовом сознании, и даже среди профессиональных естествоиспытателей, оно слишком долго оставалось только актуалистическим. Окаменелости и следы жизни геологического прошлого с трудом ставились в связь с функционирующими структурами жизни, а сама палеонтология, наряду с минералогией, входила в круг описательных геологических наук. «Биосфера» В.И. Вернадского на русском языке увидела свет только в 1926 г. [4]. Но и десять лет спустя, заканчивая образование в Ленинградском университете по кафедре палеонтологии, я еще не слушал лекций о биосфере, и только в докладе молодого Р.Ф. Геккера появилось завораживающее представление о палеоэкологии. Оно формировалось на основе изучения ориктоценозов ордовика и девона
* По вступительному слову на 58-й сессии Палеонтологического общества 2 апреля 2012 г.
Прибалтики. Проблема эволюции биосферы в целом не стояла вообще. Но бурно развивалась стратиграфическая палеонтология, насыщавшая литологиче-ские последовательности земной коры палеонтологическим содержанием. И это становилось твердой основой для понимания уже всего хода геоисторического развития жизни.
Четыре года тому назад я счел необходимым привлечь внимание палеонтологов к понятию геомери-да как одному из важнейших в биосферологии, в ее геоисторическом, а не только современном объеме. Мой этимологический акцент к термину - биогеоме -рида - возможно был не очень нужен, так как он, как и геомерида1, выражает неисчислимое живое множество2 Земли [10]. Термин В.Н. Беклемишева [1, 2] оказался полузабытым и даже не вошел в фундаментальный «Биологический энциклопедический сло-
1 По Ю.В. Чайковскому, это проявление диатропии.
2 Слово «геомерида» В.Н. Беклемишев писал с большой буквы, я пишу со строчной, как и «биосфера».
варь» [3]. Его главный редактор М.С. Гиляров - выдающийся зоолог и почвенный эколог - конечно, был знаком с представлениями Беклемишева, однако, по всей вероятности, не считал нужным вводить в науку термин геомерида при укрепившемся в языке понятии биосфера. Но в том-то и дело, что геомерида - не биосфера, а только ее важнейшая часть, что и стремился показать Беклемишев, видя в живом особую развивающуюся систему, для которой требовалось, прежде всего, биологическое истолкование как для биологического единства в его экологическом смысле, а не как для живого вещества или «живой функции» самой Земли.
Это единство имеет два измерения - хорологическое в его пространственном многообразии и хронологическое в палеонтологической истории органического мира. Хорологический вектор геомерида имеет и в геологическом прошлом: это ее историческая биогеография, отражающая этапность эволюции и меняющуюся во времени палеобиогеографическую структуру жизни. Но главное заключается в хроностратиграфической записи палеонтологической летописи геомериды. Она оказалась удивительным образом упорядоченной в слоистой структуре земной коры. Стратисфера Земли - это каменное хранилище событий биосферной эволюции («былые биосферы») от зарождения геомериды на древней Земле до фантастического разнообразия остатков Metazoa и Metaphyta, сохранившихся в фанерозойских осадочных формациях и системах. Таким образом, стратисфера сложилась в биостратон высшего порядка. Он - стержень понимания всей геологической истории Земли от архея до нынешнего времени. Это ее реальная история, изучаемая прямыми методами науки - физическими, химическими и биологическими [9]. Геохронометрические рамки ее истории не выходят за пределы 4,0-3,7 млрд лет, что представляет лишь некоторое приближение к биологическому воз -расту земной геомериды. В стратисфере заключена вся энциклопедия жизни от ее молекулярных следов до следов археологической деятельности Человека.
В конце 80-х гг. это стало основой некогда популярной гипотезы Дж. Ловлока о живой Земле - Гее [16]. Существует представление, что Геомерида и Гея - это одно и то же, а в целом - это и есть биосфера. Как известно, Дж. Ловлок и Л. Маргулис не были знакомы с работами В.И. Вернадского, однако, познакомившись с ними, усмотрели в них предвосхищение идеи живой Земли, т.е. Геи. Но так ли обоснованы возникшие заключения? Задуматься об этом меня заставила недавно опубликованная статья известного историка эволюционизма Ю.В. Чайковского [15], связанная с его откликом на книгу Е.Б. Музруковой и А.В. Чесновой «Владимир Беклемишев - пророк ХХ века» [7]. Является ли «русская Гея» (так Юрий Владимирович называет Геомериду) эквивалентом Геи (Gaia) в представлениях Ловлока?
Ю.В. Чайковский совершенно точно передает слова Беклемишева: пространство, занятое биосферой, -это «вместилище Геомериды», т.е. ее высший биотоп. Но как это представление должно рассматриваться в исторической геологии? Ведь, однажды установившись на Земле, биосфера в своей истории никогда не прерывалась. Появление жизни означало и возникновение биосферы. Значит, геомерида - понятие не столько актуалистическое, сколько геоисторическое.
Это важнейший акцент, который можно заметить и у Вернадского, писавшего о деятельности бактерий в докембрии, и у самого Беклемишева, лишь мельком упомянувшего докембрий в связи с геомеридой. Но в выдающихся работах Вернадского о биосфере нет упоминаний имени Беклемишева, а в работах последнего - имени Вернадского, хотя первоначально и Беклемишев хотел использовать термин биосфера для обозначения того, что назвал геомеридой.
Большой заслугой Ю.В. Чайковского явилось то, что он разобрался с историей вхождения понятия ге-омерида в биологию. Известная ссылка на К.Д. Ста-рынкевича как на первого автора термина мало что говорила, судя по его выступлению в Таврическом университете (Симферополь) в 1919 г. в смутные дни крымского междувластия. А его подготовленная в 1916 г. небольшая брошюра «Строение жизни», в которой впервые появился этот термин, использованный В.Н. Беклемишевым в 1927 г. в докладе на III Всероссийском съезде зоологов в Ленинграде (реферат доклада Чайковский публикует), впервые увидела свет лишь в 1931 г. [13]. Ее опубликовал в Праге Г.В. Вернадский - сын В.И. Вернадского. Этим новым понятием таксономическое биоразнообразие жизни передавалось как биоценотическая целостность, подобная высшему организму: «живой мир моря и живой покров суши» - два ее проявления на Земле. Это был один из первых подходов к глобальной экологии биосферы, что давно и совершенно пра -вильно отметил Э.Н. Мирзоян [5, 6]. Далеко не сразу стало ясно, что новое понятие открыло совершенно новый подход и к представлению об этапности эволюции (развития) органического мира. В этом уже была исключительная заслуга палеонтологии и исто -рической геологии.
Гипотеза «живой Земли», т.е. Геи, как и более ранние подобные идеи, наделявшие Землю в целом каче -ствами живого организма, при своем появлении, не несли этой перспективы, и в настоящее время Гея скорее оборачивается Геомеридой. Волнующий смысл гипотезы Дж. Ловлока вытекал из его представления, что на вершине биосферной эволюции оказался Человек, ставший сердцем и умом живой Земли. В.Е. Хаин [14], весьма одобрительно отнесшийся к этой гипотезе, главное усмотрел, как и В.И. Вернадский, в геохимической активности биосферы на всем пути ее развития. Геомерида же как самостоятельная материальная система Земли - такая же реальность, как ее геофизические оболочки, из которых она дала самый выразительный в геологии язык только литосфере своей естественной эволюцией и стратиграфической биохронологией. Палеонтологическая летопись сразу превратила геологию в историческую науку и сделала ее в естествознании такой же фундаментальной, как химия и физика. Именно поэтому историческая геология должна непременно преподаваться в школе наравне с ними.
Мы не знаем точного возраста Земли, как и самой нашей Вселенной, которую астрофизики считают сейчас одной из множества. Но нам стал известен радиогенный возраст древнейших пород на Земле (Австралия, Гренландия). Он не абсолютен, но хронологически конкретно привязан к началу формирования осадочного чехла Земли. Естественно, это не день рождения планеты, но начало отсчета ее документированного существования. Такая стратисфе -
ра обнаружена только на Земле, что имеет ключевое значение для понимания начала эволюции биосферы и этапности исторического развития ее уникальной геомериды. Эта этапность - биологическое лицо всех геологических систем и их подразделений, как и более крупных объединений, образующих в своем своде всю хроностратиграфическую шкалу Земли. Стратисфера в целом, таким образом, выступает как естественный стратон высшего порядка, и он такая же уникальная целостность, как и геомерида. В истории Земли они неразрывны, хотя и имеют совер -шенно разную природу.
Литосфера со всеми ее тектоносферными модификациями несет в себе последовательную хронологическую информацию, прежде всего, через эволюцию геомериды и изотопную геохронометрию.
Энергия жизни колоссальна, но она стала преобра -зующей силой лика Земли лишь с возникновением условий, благоприятных для устойчивого развития биосферы и ее геомериды. Даже если жизнь пришла с аккрецией планеты, она, прежде всего, нуждалась в свободной воде на земной поверхности как биотопе, и уже потом, и очень быстро, она сама стала фор -мирующей силой биотопа. Но биосфера все равно оказалась зависимой от геодинамики земных недр и экзогенных процессов глобального и космического характера. Прокариотная биосфера архея таксо-номически еще очень бедна, но весьма агрессивна, и ей предстоял долгий путь эукариотизации [8, 19].
Палеонтология докембрия всегда была «кунсткамерой», и только в последние 60 лет этот до-Дарвиновский этап эволюции раскрылся в своем удивительном объеме и разнообразии в позднем неопротерозое, сделавшем палеонтологию одной из главнейших основ теоретической биологии. Ее общее значение состоит
не только и, может быть, не столько в конкретных фи-логенезах древа Жизни, хотя и они очень важны, а в открытии этапности эволюции. Стратиграфия литосферы ярче всего это показала в венде, как связующем этапе протерозойской эволюции с фанерозойской [11, 12]. И у нас нет более совершенной основы для понимания реального хода биологической эволюции, чем выработанная геологией иерархическая система стратиграфических подразделений литосферы (рис. 1, 2). В стратиграфической записи она раскрывает неравномерность ее темпов, историческую палеобиогеографию ландшафтов Земли, время катастрофических ударов по биосфере эндогенного происхождения, периодичность флюктуаций климата, разномасштабно меняющих соотношения суши и Мирового океана, время региональных и глобальных биотических кризисов.
Поэтому границы стратиграфических подразделений стратисферы - главный объект нашего внимания. Они необходимая база для геологического картирования и прогнозных оценок недр Земли на поиски полез -ных ископаемых и, одновременно, они - основа понимания рубежных эпох в экологических перестройках геомериды под влиянием биогеосферных факторов. Но относятся эти границы только к классическому фанерозою и лишь отчасти к позднейшему протерозою. В настоящее время принято типизировать границы систем и их ярусных подразделений по наиболее информативным группам остатков ископаемых организмов (виды и роды) в стратотипах подразделений по подошве биостратиграфической зоны, которая практически определяется в литостратиграфическом разрезе подошвой соответствующего пласта или их элементарной секвенции, обозначающих акт начала седиментации после некоторой паузы. В типовом разрезе (стратотипе) она должна быть минимальной
Геологическое, или палеобиосферное время
Время: Ма - 4000 3600 3200 2800 2500 2100 1650 1370 1030 б8Гои 540 416 251 65,1 1,800
Стратиграфическое пространство литосферы
Время в его неравномерных событийных длениях (этапы)
Рис. 1. Геологическое, или палеобиосферное время [12].
Рис. 2. Акрохроны биосферной эволюции [12].
и выражаться поверхностью перерыва на подстилающем стратоне. Этот перерыв всегда отражает какое-то физическое событие регионального или глобального характера, влекущее за собой и изменения в биоте.
По сути дела, это экостратиграфическое событие. Оно и является опорным в глобальной стратиграфической корреляции, при которой используется тот же палеонтологический метод, но включающий и корреляционный потенциал с учетом сопутствующих групп организмов, экологически связанных с меняющейся фациальной об -становкой. Легко понять, что эта корреляция в принципе не может быть абсолютно точной, но только с ней до -стигается максимальное приближение к устойчивости хроностратиграфических границ, которые никогда не могут быть в межрегиональной корреляции изохрона-ми, как не могут быть ими и потенциальные «изоспе-циаты», т.е. линии, соединяющие точки нахождения в разрезах типового видового таксона.
Такой палеобиологической роскоши в довенд-ских отложениях протерозоя нет, поэтому геомери-да проявляет себя там лишь в крупных макротаксо-номических формах. Этим докембрийская биосфера вообще принципиально отличается от венд-фанеро-зойской. Поэтому вряд ли справедливо утверждение сторонников гипотезы Геи, что условия существования жизни на Земле существенно не изменились за 3,5 млрд лет. Современный тип биосферы начал устанавливаться лишь с конца неопротерозоя, с венда.
Заключение
Таким образом, в прямую связь встают три важнейшие природные системы (общности) Земли, имеющие разную природу, но сомкнувшиеся в едином процессе формирования осадочной коры Земли и укрепившейся на планете жизни. Их связала коэволюция, происходившая с самого начала водно-осадочного процесса на корах выветривания холодеющей Земли (возникновение стратисферы и вхождение древнейших форм прокариотной жизни в эту среду). Этот планетарный биотоп, вероятно, был мозаичным, что, возможно, и послужило началом параллельной эволюции бактерий, низших грибов и низших растений. На Земле возникла совершенно новая живая система микроорганизмов, коренным образом отличная от абиотического субстрата. Это было уже началом развития биосферного процесса и зарождением геомериды с присущими только ей свойствами живой материи. Решающую роль в дальнейшем сыграли симбиогенез и экосистемная эволюция, приведшие к концу неопротерозоя к формированию биосферы современного типа. Вся история последней - лишь седьмая часть времени прошедшего от возникновения самой биосферы на Земле.
Я благодарю А.Г. Назарова за обсуждение поднятых вопросов, побудившее меня к более строгому из -ложению некоторых мыслей.
литература
1. Беклемишев В.Н. Организм и сообщество (к постановке проблемы индивидуально -сти в биоценологии) // Труды Биологического научно-исследовательского института и биологической станции при Пермском университете. - 1928. - Вып. 2-3. - С. 12-14.
2. Беклемишев В.Н. Об общих принципах организации жизни // Бюлл. МОИП, отделе -ние биологии. - 1964. - № 2. - С. 22-38.
3. Биологический энциклопедический словарь / Ред. М.С. Гиляров. - М. : Наука, 1986. - 832 с.
4. Вернадский В.И. Биосфера. - Л. : Научно-техническое изд-во, 1926. - 146 с.
5. Мирзоян Э.Н. Теория эволюции и концепция Геомериды (к 100-летию со дня рождения В.Н. Беклемишева) // Бюлл. МОИП, отделение биологии. - 1990. - № 7. - С. 3-15.
6. Мирзоян Э.Н. К истории глобальной эко-логии. Концепция Геомериды В.Н. Беклемишева. - М. : Экологический центр ИИЕТ РАН, 2007. - Вып. 1 - С. 1-128.
7. Музрукова Е.Б., Чеснова Л.В. Пророк ХХ века. Страницы жизни и творчества В.Н. Беклемишева (1890-1962). - М. : Academia, 2009. - 304 с.
8. Рассвет и закат вендской (эдиакарской) биоты. Происхождение современной биосферы // Тр. Международной конференции по проекту 493 МПГК / Отв. ред. М.А. Семиха-тов. - М. : GEOS, 2007. - 85 с.
9. Ронов А.Б. Стратисфера, или осадочная оболочка Земли. - М. : Наука, 1993.
10. Соколов Б.С. Биосфера как биогеомерида и ее биотоп // Стратиграфия и геологическая корреляция. - 2010. - Т. 18. - № 3. - С. 3-8.
11. Соколов Б.С. Хроностратиграфическое пространство литосферы и венд как геоисторическое подразделение неопротерозоя // Геология и геофизика. - 2011. - Т. 52. -С. 1334-1348.
12. Соколов Б.С. Палеонтология докембрия и акрохроны биосферной эволюции (к теории расширяющейся биосферы) // Биосфера. - 2011. - Т. 3. - С. 155-163.
13. Старынкевич К.Д. Строение жизни / Предисл. Н.О. Лосского. - Прага : Politica, 1931.
14. Хаин В.Е. Взаимодействие атмосферы, биосферы и литосферы - важнейший процесс в развитии Земли // Вестник РАН. -2007. - № 9 - С. 794-797.
15. Чайковский Ю.В. Откуда есть пошла русская Гея // Вестник РАН. - 2011. - Т. 81. -С. 748-756.
16. Lovelock J.E. Gaia: the world as a living organism // New Scientist. - 1986. - 18 December.- P. 25-28.
19. Fedonkin M.A., Gehling J.G., Grey K., Narbonne G.M., Vickers-Rich P. The Rise of Animals. Evolution and Diversification of the Kingdom Animalia. - Baltimore : The Johns Hopkins University Press, 2007. - 327 p.
