CC BY
156
УДК 550.4+551.02
ВЛИЯНИЕ КОСМОСА НА БИОСФЕРУ ЗЕМЛИ
С.Г. Неручев
Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт (ВНИГРИ),
Санкт-Петербург, Россия
Эл. почта: ins@vnigri.ru Статья поступила в редакцию 29.03.2010, принята к печати 07.05.2010
Планета Земля является космическим объектом. Обращение ее вокруг Солнца определяет каждый год проявление известных всем климатических сезонов года, на которые четко реагирует биосфера. Гораздо меньше известно о влиянии на биосферу Земли значительно более долговременных периодов, обусловленных обращением Солнца вместе с Землей вокруг центра Галактики, так называемых галактических лет. Целью статьи является рассмотрение, с использованием накопившихся палеобиологических материалов, влияния на биосферу Земли изменяющихся космических условий в течение галактических лет и их климатических сезонов с периодичностью около 200 млн лет, а также более кратковременных изменений космических условий, вызывающих активизацию глубинных процессов на Земле и проявление биосферных кризисов в каждом галактическом году с периодичностью около 30 млн лет. Материалом для анализа этих явлений послужили геологические, палеобиологические и астрономические данные, характеризующие наиболее изученную фанерозойскую эру Земли продолжительностью около 600 млн лет - от начала кембрийского периода до современного момента. Ключевые слова: биосфера, космос, галактические годы, кризисные биосферные события.
COSMIC INFLUENCES ON THE EARTH BIOSPHERE
S.G. Neruchev
Oil and Geological Prospecting Institute, Saint-Petersburg, Russia E-mail: ins@vnigri.ru
The planet Earth is a cosmic object. Its orbiting around the Sun results in well known seasonal changes in the biosphere. Less familiar are significantly longer periodic changes caused by Solar system orbiting around the center of our Galaxy, the so-called galactic years. The present article uses paleobiological data to discuss changes in the Earth biosphere associated with galactic year periods of about 200 million years and, also changes featuring shorter periodicity associated with stirring of deep planetary processes in the Earth and with biospheric crises occurring several times over each galactic year. These phenomena are exemplified with geologic, paleobiologic, and astronomic data related to the Phanerozoic era lasting from the beginning of the Cambrian period up to the present time.
Keywords: biosphere, Cosmos, galactic year, biospheric crises.
Введение
Идея о влиянии космоса на планету Земля и ее биосферу давно привлекла внимание исследователей. В ряде работ, начиная с 1982 г., эта проблема неоднократно рассматривалась и мною [3].
Расчет галактической орбиты Солнца впервые произвел П.П. Паренаго в 1952 г. [4] и определил продолжительность галактического года - время обращения Солнца вокруг центра Галактики в 212 млн лет. Среднее угловое движение Солнца за 1 млн лет было им принято округленно равным 1,7°, хотя на самом деле по его данным оно равно 1,68°. В соответствии с этим, период обращения Солнца мог быть определен П.П. Паренаго и несколько большим, равным 214 млн лет.
Опираясь на периодичность земных геологических и биологических событий и геохронологию, я первоначально определил продолжительность галактичес-
кого года в 220 млн лет, а несколько позже, в соответствии с более точной геохронологической шкалой У.Б. Харленда и др. [3], - в 216 млн лет. Несколько позже Ю.А. Заколдаевым на основе анализа геохронологических шкал длительность галактического года была определена в 217 млн лет.
Как видим, расхождения в определении галактического года у разных авторов невелики и составляют всего доли процента, т.е. можно говорить о почти идеальном соответствии.
Очень важным в работах астрономов А.А. Шпиталь-ной, А.А. Ефремова и Ю.А. Заколдаева [7] оказалось их заключение о том, что в результате сложения орбитальной скорости Солнца с абсолютной скоростью Галактики относительно открытого в 1965 г. микроволнового излучения Вселенной абсолютная скорость Солнца при его движении по орбите значительно изменяется,
достигая максимума (> 800 км/с) в апогалактии и минимума (400 км/с) - в перигалактии. По мнению авторов это должно приводить к периодическим изменениям массы тел Солнечной системы, к пульсациям размеров этих тел и изменению светимости Солнца.
А.Г. Шленов [6] произвел расчеты приращения массы (Am), мощности, получаемой от физического вакуума (АР), и изменения светимости Солнца и планет (табл. 1). В соответствии с этими расчетами увеличение светимости Солнца каждый галактический год в апогалактии возрастало до 5,3- 1028 эрг/с, т.е. в 4 раза.
Палеографические свидетельства существования галактического года
Выше была теория. А есть ли факты, подтверждающие эти теоретические построения? Да, такие подтверждения имеются. О значительных похолоданиях на Земле свидетельствуют ледниковые события. Они проявлялись на Земле в основном в периоды интенсивного базальтового вулканизма, приводившего к замутнению атмосферы, выделению сернистых газов с образованием сернистых аэрозолей, рассеивающих солнечные лучи и уменьшающих солнечную радиацию, достигающую поверхности Земли. По данным [13] при прохождении Солнцем орбиты со стороны перигалактия, т.е. в холодный период, проявилось 12 гляциальных событий суммарной продолжительностью около 58 млн лет, а при прохождении Солнцем орбиты со стороны апога-лактия - только три гляциальных события общей продолжительностью около 14 млн лет.
В теплые летние полупериоды галактических лет, когда Солнце находилось на орбите со стороны апогалактия, биопродуктивность наземной растительности значительно возрастала, вследствие чего в теплые летние полупериоды образовалось 84,9% мировых запасов углей, а в холодные, когда Солнце находилось на орбите со стороны перигалактия, - всего 15,1% углей. Нефть является продуктом термической деструкции накопленного в осадках планктоногенного органического вещества морей. В теплые летние полупериоды образовалось 84,7% мировых запасов нефти, а в холодные - только 15,3%.
Помимо этого есть и прямые подтверждения летних и зимних галактических периодов, основанные на определении палеотемператур по соотношению изотопов кислорода (18О/16О) в органических остатках.
E.J. Barron показал, что средняя глобальная температура на поверхности Земли «летом» в меловом периоде была на 6-12 °С выше, чем в настоящее «зимнее» время. Температура глубинных океанических вод была около 15 °С [9].
Рис. 1. Изменение средней температуры на поверхности Земли в третьем галактическом году (К1-0) от середины лета до начала зимы. По данным [11].
Свидетельством теплого климата и безморозных зим являются также остатки саламандр, ящериц, черепах и крокодилов даже в конце галактического лета в высоких широтах за арктическим кругом.
Рис. 1 иллюстрирует, по данным Т.1. Сго^^еу [11], существенное снижение глобальной температуры на Земле от мелового периода, когда Солнце находилось в апогалактии, до современного «зимнего» периода от 20 °С до 10 °С в последнюю ледниковую эпоху и до 14 °С в межледниковое время.
Таким образом, реальность проявления галактических времен года - лета при прохождении Солнца по орбите в области апогалактия, а зимы при прохождении им перигалактия - не вызывает никаких сомнений.
С учетом астрономических расчетов, стратиграфии, основанной на изучении фауны и флоры, и геохронологии, основанной на радиоактивных датировках возраста пород, на рис. 2 представлена орбитальная геохронологическая шкала для фанерозоя, имеющего продолжительность во времени около 600 млн лет.
Продолжительность обращения Солнца вокруг центра Галактики принята в 216 млн лет. Отсчет геологического времени производился от нулевого (современного) момента, от точки на орбите, в которой Солнце находится в настоящее время, недалеко от перигалактия, в направлении обратном движению Солнца. После нанесения на орбиту датировок всех периодов и эпох фанерозоя можно убедиться, что в кембрийском, каменноугольном и меловом периодах Солнце действительно находилось на орбите со стороны апогалактия, а в силурийском,
Таблица 1
Результаты расчетов приращений массы мощности, получаемой от физического вакуума и светимости Земли и Солнца по А.Г. Шленову [6]
Абсолютная скорость Солнца (км/с) Земля Солнце
Am, г АР, эрг/с AL, эрг/с Am, г АР, эрг/с AL,эрг/с
400 0,53-1022 0,44 •Ю21 0,36 •ю15 0,77 -1027 1,48 • 1026 1,33 -1028
800 2,12 • 1022 1,78 -1021 1,42 • 1015 7,07 -1027 5,92 • 1026 5,33 • 1028
Приращения 1,6 • 1022 1,3 • 1021 1,11015 5,3 • 1027 4,4 • 1026 4,0 • 1028
Рис. 2. Орбитальная геохронологическая шкала с климатическими сезонами галактического года.
Орбита дана по П.П. Паренаго [4]. А - апогалактий, П - пери-галактий. Датировки возраста границ периодов и эпох даны по У.Б. Харленду и др. [5]. Оцифровка времени по орбите дана в млн лет от современного момента для одного оборота Солнца. В предшествующих оборотах время определяется как n+216 и n+(216 х 2). I, II, III - галактические годы фанерозоя. Геологические периоды: С - кембрийский, О - ордовикский, S - силурийский, D - девонский, C - каменноугольный (карбоновый), P - пермский, T - триасовый, J - юрский, K - меловой, P - палеогеновый, N - неогеновый.
триасовом периодах и в неогеновое время - со стороны перигалактия. Начало кембрийского, каменноугольного и мелового периодов, с которых начинаются галактические годы, оказалось в одной точке орбиты со стороны апогалактия, т.е. в начале «галактического лета», их середины - в области апогалактия, в разгаре галактического лета. Симметрично началу «лета» на другой стороне орбиты выделяется конец «лета», а симметрично лету -зимний галактический период в области перигалактия, а также промежуточные между ними «осенний» и «весенний» галактические сезоны.
Продолжительность галактического лета составляет около 98 млн лет, зимы - 68 млн лет, а весны и осени - по 25 млн лет. Конечно, какая-то условность в выделении границ галактических времен года имеется, но, как увидим далее, происходившие на Земле сезонные процессы эту схему подтверждают.
За более чем 200 лет с начала XIX века, после работ
B. Смита и Ж. Кювье, палеоботанические и палеозоологические исследования привели к накоплению огромного материала по характеристике десятков тысяч видов растений и животных биосферы Земли, существовавших в прошлые геологические эпохи. Это была поистине грандиозная работа многих тысяч палеобиологов в разных странах мира. Постепенно появились сведения о времени первого появления тех или иных организмов, их расцвета и вымирания.
Мною были использованы материалы ряда обобщающих работ, в основном в области палеоботаники
C.В. Мейена [2]. Наиболее чутко на проявление теплых
Рис. 3. История плауновидных и членистостебельных растений: 1 - плауновидные, 2 - членистостебельные.
и холодных сезонов галактических лет должна была реагировать, разумеется, наземная растительность.
Из споровых растений первыми появились на Земле в девонское время плауновидные. Это произошло в конце зимнего галактического сезона (рис. 3).
Весной их распространенность и разнообразие возросли, а в середине лета (С1-С2), когда Солнце находилось в области апогалактия, плауновидные достигли максимального расцвета. Они играли существенную роль в формировании болотных и мангровых зарослей на побережье морей. Некоторые плауновидные растения имели довольно толстые стволы (до 40 см).
В конце лета (Р1) и осенью (Р2-Т1) распространенность и разнообразие плауновидных растений значительно уменьшились, а зимой (11-12) - достигли минимума. Кое-как пережив галактическую зиму, они не возродились ни весной (13), ни летом (К1-К2) следующего галактического года и в таком состоянии дожили до следующего зимнего периода ^-К), представленные сейчас немногими травянистыми растениями.
Членистостебельные растения впервые появились в начале галактической весны ^2), достигли максимального распространения, разнообразия и расцвета в летний галактический период (С1-С2). С конца лета их распространенность начала уменьшаться (Р1-Р2), еще более заметно - осенью (Р2-Т1), а зимой (11-12) достигла критического минимума. Больше членис-тостебельная растительность уже не возродилась и на таком же низком уровне в растительном сообществе просуществовала в течение всего следующего галактического года (К1-К) до современного момента, представленная сейчас единственным родом Equisetum.
Среди споровой растительности сходной картиной развития, в зависимости от галактической климатической сезонности, характеризуются многие порядки класса папоротников (рис. 4).
Зигоптериевые папоротники появились впервые в конце весны ^3), достигли максимальной распро-
Рис. 4. История папоротников:
Рис. 5. История голосеменных растений с преобладающим разви-
1 - зигоптериевые, 2 - ботриоптериевые, 3 - мараттиевые, 4 - ка- тием в теплые полупериоды галактических лет:
ламитовые, 5 - полиподиевые.
1 - арбериевые, 2 - кордаитовые, 3 - тригонокарповые, 4 - хвойные.
страненности летом (С1-С2). К концу летнего периода их распространенность значительно уменьшилась, а к началу осени (Р1) они уже полностью вымерли.
Почти так же характеризуется и история порядка ботриоптериевых папоротников. Появились в конце галактической весны ^3), максимального распространения достигли летом (С2-С3) и полностью вымерли осенью (Т1).
Таким образом, зигоптериевые и ботриоптериевые папоротники в галактическом смысле были, так сказать, однолетними растениями, появлявшимися в конце весны, достигавшими расцвета летом и вымиравшими осенью.
Папоротники порядка мараттиевых (рис. 4) появились в конце галактической весны - начале лета максимального развития достигли в летний период (С3), осенью (Р2-Т1) их распространенность в растительных сообществах сократилась, а зимой (Т3-12) достигла критического минимума. Не возродились они потом ни весной, ни летом (К1-К2) следующего галактического года и в таком состоянии дожили до настоящего времени. Точно так же вели себя и папоротники порядка каламитовых.
Рис. 3 и 4 хорошо иллюстрируют, что из споровых растений классы плауновидных и членистостебельных растений и несколько порядков класса папоротников максимального развития достигали в летний галактический период, когда Солнце находилось на орбите со стороны апогалактия, а зимой характеризовались минимальной распространенностью или вымирали полностью.
Однако есть и исключение. Папоротники порядка полиподиевых развивались принципиально по-другому. Впервые они появились в конце летнего сезона (Р1), осенью их распространенность начала возрастать, затем постепенно и непрерывно возрастала в зимнем (Т3-12) и весеннем (13) периодах. Максимального распространения они достигли в летний сезон
следующего галактического года (К1-К2) и в таком состоянии широкого распространения в растительных сообществах дожили до настоящего времени, относящегося к зимнему галактическому сезону.
Порядок полиподиевых папоротников, в отличие от других, оказался практически независимым от галактической климатической сезонности. В настоящее время известно около 300 родов папоротников.
Рис. 5 иллюстрирует распространенность, в зависимости от галактического времени года, нескольких крупных порядков отдела голосеменных растений.
Арбериевые появились в истории Земли в начале летнего сезона (С1), затем они достигли наибольшей распространенности во второй половине летнего сезона (С3-Р1). Осенью (Р2-Т1) их распространенность сократилась, а в начале зимнего сезона (Т3) они уже полностью вымерли.
Почти так же вела себя и кордаитовая растительность. Она появилась впервые в начале лета (С1), достигла максимального распространения и развития во второй половине лета (С3-Р1), а осенью уже полностью вымерла.
То же самое характерно и для порядка тригонокар-повых растений. Они впервые появились в начале лета (С1), максимального распространения и расцвета достигли в разгар галактического лета (С2-С3). Но уже к концу летнего периода (Р1) их распространенность значительно уменьшилась, а в начале осени (Р2) они полностью вымерли.
Таким образом, все эти три крупных порядка голосеменных растений в галактическом смысле являются однолетними - появляются в начале лета, достигают расцвета в разгар лета, а осенью (или в начале зимы) полностью вымирают.
Существенно по-иному вели себя более холодолю-бивые хвойные растения. Они появились впервые во второй половине лета второго галактического года (С2). Осенью (Р2) их распространенность достигла
Рис. 6. История голосеменных растений с преобладающим развитием в холодные полупериоды галактических лет:
1 - чекановскиевые, 2 - гинкговые, 3 - беннетитовые, 4 - кейтониевые.
Рис. 7. История некоторых групп животного мира: 1 - трилобиты, 2 - рыбы костные и хрящевые, 3 - амфибии.
максимума, затем несколько уменьшилась зимои и осталась почти такоИ же в течение третьего галактического года (К1-К).
Как видим, многие представители голосеменноИ растительности, как и споровои, отличались широким распространением на летнеИ, «теплой» половине орбиты Солнца со стороны апогалактия и полным отсутствием, или существенно меньшей распространенностью, на зимней половине орбиты.
Однако как полиподиевые папоротники, так и некоторые порядки голосеменноИ растительности характеризуются принципиально иной логикой развития (рис. 6).
Порядок чекановскиевых растений появился в конце летнего галактического сезона (С3-Р1). Распространенность их постепенно возрастала в конце лета и осенью (Р2-Т1), достигала максимума в зимний период (11-12) и осталась почти такой же до весны (13). Летом следующего галактического года (К1-К2) распространенность чекановскиевых постепенно уменьшалась, и, наконец, в позднем мелу вблизи апогалактия они полностью вымерли и исчезли из геологической летописи, просуществовав практически целый галактический год - появились в конце лета второго галактического года и вымерли в конце лета следующего, третьего галактического года.
Порядок гинкговых растений впервые появился почти одновременно с чекановскиевыми в конце летнего сезона (С3-Р1). Распространенность их возрастала осенью и в начале зимы, а далее оставалась практически постоянной до конца галактического года. Летом следующего галактического года (К1-К2) распространенность гин-кговых постепенно уменьшалась, достигла минимума к концу лета (Р1) и осталась почти такой же осенью (Р2) и в начале зимы - до настоящего времени.
Порядок беннетитовых растений впервые появился зимой второго галактического года (Т2-Т3). Распространенность беннетитовой растительности достигла максимума зимой и весной (11-13), а летом третьего галактического года они уже вымерли (К2). Порядок
кейтониевых растений также появился впервые зимой (Т3-11), зимой и весной их распространенность достигла максимума, а в начале лета следующего галактического года (К1) они уже полностью вымерли (рис. 6).
Лишь наиболее молодая и наиболее совершенная покрытосеменная растительность демонстрирует независимость от галактических времен года. Она появилась в начале третьего галактического года, т.е. в начале лета (К1), а далее ее распространенность и разнообразие последовательно возрастали в течение всего лета (К1-Р1), осенью (-Р2--Р3) и в начале зимы (N-Q).
Животный мир, особенно водный, в значительно меньшей степени, чем наземная растительность, испытывает зависимость от галактических сезонных изменений климата. И все-таки для ряда групп фауны зависимость от галактических времен года проявляется (рис. 7).
Трилобиты, например, появились в первом фанеро-зойском галактическом году в начале лета (€1) и достигли максимального развития во второй половине лета (С3-О1). Осенью (О2) их распространенность заметно уменьшилась, а зимой (8^2) достигла критического минимума. Не возродились они ни весной ^3), ни летом следующего галактического года, и вымерли окончательно во второй половине лета (С3-Р1).
Костные и хрящевые рыбы появились в конце зимнего сезона первого галактического года. Весной их распространенность и разнообразие возросли, в середине лета второго галактического года (С1-С2) достигли максимального развития. После этого в конце лета и осенью их распространенность уменьшилась и достигла минимума в середине зимы (11). Весной распространенность костных и хрящевых рыб снова постепенно возрастает, достигает второго максимума летом третьего галактического года (К2-Р1) и не снижается уже до настоящего времени.
Амфибии впервые появились в конце галактической весны максимально развились летом (С3-Р1).
Осенью (Р2-Т1) их распространенность уменьшилась, а зимой (Т3- 11) достигла минимума, и такой незначи-
Рис. 8. Проявления геобиособытий на орбите Солнечной системы вокруг центра Галактики: Н11 - галактические годы, - кризисные события.
тельной оставалась уже на протяжении всего третьего галактического года (13-Ы) (рис. 7).
Использованные самые разнообразные данные и обобщения многих независимых исследователей, работавших в разных областях палеонтологии и климатологии, будучи привязаны к орбитальной геохронологической шкале, находятся в хорошем соответствии между собой и приобретают дополнительный новый смысл, который был неведом их авторам.
Проблема 30-миллионолетней периодичности биосферных кризисов
На фоне длительных климатических периодов, обусловленных обращением Солнца вокруг центра Галактики и заметно влиявших на биосферу Земли, мною была выявлена более мелкая 30-миллионолетняя периодичность интенсивного проявления целого ряда геологических процессов и одновременно проявляющихся с ними кризисных биосферных событий - семь событий в течение галактического года.
В сравнительно кратковременные периоды (от 1-2 до 3-4 млн лет) через каждые 30-32 млн лет усиливался рифтогенез, оставлялись глубинные разломы, проявлялся интенсивный базальтовый вулканизм, сопровождавшийся выносом в среду обитания организмов урана, фосфора, ряда тяжелых металлов (Мо, V, Си, Zn, N1, Сг, Ag, Аи, лб), редкоземельных элементов ^а, Се, Рг, Nd, Бш, У, а иногда и 1г).
В эти же кратковременные периоды в морях, а иногда и в континентальных бассейнах происходило накопление осадков с аномально высокой (до 10-20-30%) концентрацией планктоногенного органического вещества, обогащенного ураном, фосфором и рядом тяжелых металлов. На заражение среды обитания ураном биосфера реагировала глобальными вспышками биопродуктивности примитивных одноклеточных водорослей и цианобактерий, интенсивным вымиранием существовавших и возникновением многих новых видов организмов [3]. Связь этих кратковременных событий с
космосом подтверждается тем, что они происходили каждый галактический год через 30-32 млн лет на одних и тех же участках солнечной орбиты (рис. 8).
Позже появилась работа М.Я. Яашрто и Я.Б. [14], в которой они пришли к той же периодичности: периодичность базальтовых излияний составляет по их данным 32± 1 млн лет, периодичность карбонати-товых интрузий - 34± 2 млн лет; периодичность спре-динга литосферных плит - 34± 2 млн лет; образования импактных кратеров вследствие ударов о Землю астероидов - 32 ± 1 млн лет; проявления обусловленных этими ударами массовых вымираний - 24-33 млн лет.
Причиной этих событий, по мнению М.Р. Рампино и Р.Б. Стотерса, является регулярное пересечение Солнцем галактической плоскости со сгущениями материи, происходящее при вертикальной осцилляции Солнца во время его движения по орбите вокруг центра Галактики.
При разном понимании сущности этих кризисных биосферных событий положительным является то обстоятельство, что мы независимо пришли к 30-мил-лионолетней периодичности биосферных кризисов, происходивших в результате воздействия космоса на Землю и ее биосферу.
В течение двух с половиной галактических лет фа-нерозоя (около 600 млн лет), по моим данным, проявилось 17 кризисных биосферных событий. Большая их часть проявилась вблизи или непосредственно на границах геологических систем или их отделов, что вполне понятно - эти границы и устанавливались по существенным изменениям фауны и флоры.
При кларковой концентрации урана в осадочных породах 3,240-4% в обогащенных органическим веществом осадках этих эпох концентрация урана нередко превышает ее в 30-50-250 раз, а концентрация урана в органическом веществе превышает нормальную для современной эпохи в 300-700-1600 раз.
Согласно моим расчетам концентрация урана в водах морей и в континентальных бассейнах по сравнению с современной (2,8-340-7%) в эти эпохи повышалась в десятки, сотни, а иногда и в тысячу раз.
Недаром на первом этапе создания атомной бомбы, когда еще не были разведаны богатые урановые месторождения, обогащенные планктоногенным органическим веществом и ураном осадки на границе кембрия и ордовика разрабатывались в Прибалтике как источник для получения урана, а потом разрабатывались и «рыбные слои» - скопления обогащенных ураном скелетов рыб, испытавших массовое вымирание.
Рассмотрим типичные примеры проявления кризисных биосферных событий, характеризующихся интенсивным уранонакоплением и повышением радиоактивности среды.
В позднем девоне в восточной части Русской платформы вплоть до Урала накапливались морские осадки доманиковой свиты. Морской мелководный бассейн по всем показателям был благоприятным для обитания фауны, с нормальной соленостью вод, с нормальным кислородным режимом, с преобладанием глубин до 100 м. Но если в более древних и более молодых осадках концентрация органического вещества не превышала 0,3-0,4%, то в доманиковых она достигала 10-20%, что явно свидетельствует о проявлении вспышки биопродуктивности фитопланктона. Обилие пищи, казалось бы, благоприятствовало широкому распространению морской фауны, однако это было
Брахиоподы
Стратиграфия
Формация Форт-Пейн
Формация Маури
Литология
ш
Конодонты
Ордовик
и, 10 %
5 10 15 2С
20 415 д
5
6 4 о 2
Аммониты, кол-во родов
Фораминиферы, кол-во родов
Споры, кол-во родов 13 14 10
Пыльца, 10 9 5 8
3 £1 Л Ъ ^ ^ w 1
Рис. 9. Зависимость смены фауны и флоры в позднедевонскую эпоху на Русской платформе от интенсивности накопления урана.
Рис. 10. Зависимость смены фауны конодонтов в отложениях поз-днедевонской чаттанугской свиты Северной Америки от интенсивности накопления урана по данным [10, 12, 16].
Рис. 11. Зависимость смены фауны и флоры в верхнеюрских отложениях Западной Сибири от интенсивности накопления урана.
не так. В осадках совместно с биопродукцией фитопланктона происходило накопление урана, а также Cu, V, Mo, Pb, Zn. Судя по соотношению и/Сорг, концентрация U в водах превышала нормальную не менее чем в 20 раз. В результате этого на пике накопления U (рис. 9) видовой состав фитопланктона значительно сократился, хотя и давал огромную биопродукцию.
Значительно сократился видовой состав форами -нифер, а по окончании радиоактивной эпохи снова возрос. Существовавшие до этого виды брахоипод вымерли, в радиоактивную эпоху возникло несколько новых видов, но они тоже быстро вымерли. Появившиеся в конце радиоактивной эпохи несколько новых видов прослеживаются в более молодых осадках. Кораллы, криноидеи, мшанки и губки в радиоактивную эпоху совсем исчезли, и появились снова только после ее окончания. Что касается птериопод и наутилид, то их видовое разнообразие в радиоактивную эпоху значительно возросло, а затем снова уменьшилось.
Судя по спорам и пыльце наземных растений, на прилегающей к морю суше они также испытали кризис во время радиоактивной эпохи.
Примерно то же происходило в это время и в Америке, судя по данным американских исследователей. W.H. Hass изучала фауну [12], a L.C. Conant [10] и V.E. Swan-son [16] - распределение урана в осадках. Мне осталось лишь сложить результаты их исследований вместе. Осадки позднедевонской чаттанугской свиты, богатые план-ктоногенным ОВ, отлагались в мелководно-морских условиях с нормальным кислородным режимом. Вспыш-
ка биопродуктивности фитопланктона обусловила накопление в осадках до 10-20% органического вещества. Концентрация накопившегося вместе с ОВ урана составляла до 20-10"3%, т.е. в 60 -70 раз превышала нормальную. По соотношению и/Сорг следует считать, что концентрация и в водах бассейна превышала нормальную в сотни раз. Это позволяет думать, что воздействие урана и радиоактивности на организмы в чаттанугском море было еще интенсивнее, чем в доманиковом.
Широко распространенные в доманиковых осадках готиатиды и птероподы отсутствуют совершенно. Из планктонных организмов изредка встречаются радиолярии, из нектона - редкие остатки рыб. Редко встречаются остатки плавающих водорослей РоегзНа и Рго1о8аМпа, иногда остатки наземных растений Са1-Нху1оп.
При огромной первичной биопродукции и обилии пищи почти полное отсутствие фауны, за исключением лингул и конодонтов, представляется непонятным, если, конечно, не принимать во внимание зараженность бассейна ураном.
Детально изученный разрез осадков позволяет проследить влияние интенсивности уранонакопления на смену видов единственно широко распространенной фауны - конодонтов (рис. 10).
В нижнем слое осадков с еще низкой концентрацией урана выявлено 12 видов конодонтов, семь из которых мгновенно вымирают в начале радиоактивной эпохи. Вместе с тем, в начале ее появляется еще четыре новых вида, которые затем вымирают при отложении чер-
ных сланцев с максимальном концентрацией урана. Но происходит не только вымирание: одновременно на пике уранонакопления появляются 12 новых видов конодонтов, 10 из которых вымирают в конце радиоактивной эпохи. Тогда же появляются четыре новых вида конодонтов, которые прослеживаются и в более молодых осадках с низкой концентрацией урана.
Развитие фауны конодонтов при проявлении радиоактивной эпохи происходило не постепенно, а с проявлением вспышек видообразования и вымирания организмов, которые полностью контролировались изменениями уровня зараженности бассейна ураном.
Синхронное накопление радиоактивных осадков в конце девонского времени в разных районах мира свидетельствует о том, что радиоактивные эпохи проявились глобально.
Другой пример кризисного биособытия - во время накопления позднеюрских осадков с аномально высокой концентрацией урана и планктонного органического вещества. Оно проявилось в Западной Сибири на пространстве около 1 млн кв. км, в восточной части Русской платформы, в Карском, Баренцевом и Северном морях вплоть до Англии, в некоторых районах Западной Европы, в Южной Атлантике.
В Западной Сибири это позднеюрская баженовс-кая свита. Наличие в ней хотя и сравнительно редкой и однообразной бентосной фауны позволяет считать, что кислородный режим в баженовском море был нормальным. Огромная биопродукция фитопланктона определила накопление в осадках 10-20% органического вещества, обогащенного ураном. Простейшие водоросли, дававшие эту биопродукцию, имеют округлую форму без какой-либо скульптуры, размер их до 20 мкм.
Аммониты (рис. 11) характеризуются быстрой сменой форм на уровне рода. В начале радиоактивной эпохи появляется семь новых родов аммонитов, но они почти сразу вымирают. На пике уранонакопления появляются еще два новых рода, но сразу же вымирают. По окончании радиоактивной эпохи появляется еще несколько новых родов аммонитов.
У фораминифер из 26 родов, существовавших до начала радиоактивной эпохи, на пике уранонакопления остается всего шесть. В начале, в разгаре и во время окончания эпохи уранонакопления появляются и тут же вымирают пять короткоживущих родов.
О том, что радиоактивность среды повышалась не только в морском бассейне, но и на прилегающей к нему суше, свидетельствует значительное обеднение комплекса спор и пыльцы наземных растений.
На Волге удалось произвести послойное изучение осадков позднеюрской эпохи (рис. 12). Накопление глинистых осадков и богатых органическим веществом сланцев (до 30-34%) с высокой концентрацией урана происходило в конце юрского периода (волжский век) до начала мелового периода. До начала радиоактивной эпохи комплекс аммонитов был представлен девятью родами, пять из которых мгновенно вымерли, как только возросла интенсивность уранонакопления, остальные четыре вымерли позже, синхронно с одним из наиболее мощных пиков уранонакопления. Конечная стадия эпохи уранонакопления характеризуется быстрым появлением и столь же быстрым вымиранием 19 родов аммонитов. И только один род аммонитов, появившийся в конце радиоактивной эпохи, перешел
Рис. 12. Зависимость смены фауны аммонитов и фораминифер в верхнеюрских отложениях от интенсивности накопления урана.
в меловые отложения, формировавшиеся уже при низкой радиоактивности среды.
Изменения бентосной фауны фораминифер начались несколько раньше, чем пелагической фауны аммонитов, в конце ранневолжского времени. Видимо, повышение концентрации урана на дне бассейна начало ощущаться раньше, чем в поверхностных водах. Существовавшие пять видов фораминифер одновременно вымерли на границе нижнего и среднего отделов волжского яруса. Однако в это же время появилось семь новых видов. Они были широко распространены до проявления первого пика уранонакопления, а затем периодически то появлялись, то полностью исчезали во время накопления слоев горючих сланцев с высокой концентрацией урана. Все они вымерли одновременно с аммонитами на одном из наиболее мощных пиков уранонакопления. Конец радиоактивной эпохи, как и у аммонитов, характеризуется быстрым появлением и быстрым вымиранием 10 новых видов фораминифер. Более подробные сведения можно найти в [3].
Примерно так же происходили биосферные события и во время проявления других эпох интенсивного накопления урана и высокой радиоактивности среды. Значительно возрастала изменчивость фауны и флоры, реализовавшаяся как в вымирании ранее существовавших видов, так и в появлении новых видов организмов.
В эти эпохи испытывали интенсивную изменчивость не только ранее существовавшие группы организмов, но неоднократно появлялись принципиально новые типы растений и животных. Например, зигоптерие-вые, ботриоптериевые, мараттиевые и каламитовые
папоротники впервые появились в радиоактивную эпоху в конце позднего девона. Чекановскиевые и гинкговые растения впервые появились в радиоактивную эпоху на границе карбона и перми. Трилобиты, как и другая скелетная фауна, впервые внезапно появились в радиоактивную эпоху на границе венда и кембрия. Хрящевые и костные рыбы впервые появились в радиоактивную эпоху в конце силура - начале девона, а амфибии - в позднеюрскую радиоактивную эпоху.
Первые наземные четвероногие животные Chtyostega найдены в отложениях радиоактивной эпохи на границе девона и карбона. Они занимают промежуточное положение между кистеперыми рыбами группы ренидистий и лабиринтодонтами. Обладают хвостовым плавником и конечностями настоящих четвероногих животных, возникшими, вероятно, в результате крупных мутаций за счет значительного изменения плавников.
В следующую радиоактивную эпоху на границе перми и триаса четвероногие рептилии дают начало первым летающим животным - птерозаврам. Их единственное отличие от обычных рептилий заключается только в том, что крайние четвертые пальцы их передних конечностей («мизинцы») при том же количестве фаланг приобрели размер вдвое больше длины тела животного, а свисающие с них кожные перепонки образовали крылья.
В осадках позднеюрской радиоактивной эпохи найдены первые архаичные птицы. От маленьких динозавров они почти не отличались, кроме сильно изменившихся передних конечностей и перьев вместо роговых пластин.
Третья успешная попытка летать, на этот раз у млекопитающих, состоялась в эоценовую эпоху радиоактивности. Скелет летучей мыши от обычного насекомоядного млекопитающего отличается, в основном, только тем, что четыре пальца ее передних конечностей при нормальном количестве фаланг в результате мутации стали аномально длинными, достигающими длины тела животного, а кожа между ними образовала «крыло».
Другая типичная форма мутаций, особенно сильная у конечностей при значительной их редукции, обусловила возникновение у рептилий и млекопитающих «возвратных» рыбообразных форм: в конце поздне-пермской радиоактивной эпохи - ихтиозавров, а в эо-ценовую радиоактивную эпоху - древних китов.
После окончания позднеюрской радиоактивной эпохи появились первые змеи, самая молодая, но в то же время самая деградировавшая группа рептилий. От исходных рептилий они отличаются удлинением тела (число позвонков до нескольких сотен), редукцией конечностей, утратой одного легкого, отсутствием наружного уха и барабанной перепонки, глазами с фиксированным прозрачным веком.
В некоторые радиоактивные эпохи появлялись и прямо-таки «невероятные» мутации, приводившие к возникновению организмов совершенно абсурдного строения. Примеры их можно найти в работах Л.Б. Яошег [15].
Заключение
Рассмотренные материалы позволяют заключить, что историю Земли и ее биосферы следует рассматривать не только по выделенным на эмпирической основе геологическим периодам, а с учетом естественных галактических периодов. Долговременные периоды (216-217 млн
лет) - галактические годы - соответствуют по времени оборотам Солнца вместе с Землей вокруг центра Галактики. Как было показано, они определяют последовательную смену галактических климатических сезонов. Многие крупные группы растений и животных биосферы достигали максимального расцвета в теплые летние сезоны галактических лет, а в зимние - разнообразие и распространенность многих из них достигала критического минимума, многие полностью вымирали.
В летние галактические периоды, несомненно, возрастала и биопродуктивность биосферы, о чем свидетельствует образование преобладающей части мировых запасов угля и нефти (> 80%) на этих временных отрезках.
На фоне долговременной периодичности проявлялась и более кратковременная периодичность не менее важных биосферных событий, также обусловленных влиянием на Землю и ее биосферу изменявшихся космических условий.
В течение каждого галактического года проявлялось семь таких событий, разделяющих его на семь 30-32-мил-лионолетних этапов («месяцев») - 31 млн лет х 7 = 217 млн лет - и составляющих галактический год.
После публикации L.M. Alvares [8] о массовом вымирании фауны, в том числе и знаменитых динозавров, в конце мелового периода в результате удара о Землю и взрыва крупного астероида эта точка зрения на Западе стала популярной, именно ее и разделяют M.R. Rampino и R.B. Stoters [14].
Проведенные мною исследования свидетельствуют, что проявление этих биосферных кризисов с периодичностью около 30 млн лет происходило значительно более сложно и не мгновенно, а на протяжении нескольких миллионов лет. К тому же во время их проявления происходило не только интенсивное вымирание фауны и флоры, но и быстрое появление многих новых видов организмов, в том числе и совершенно нового типа.
Конечно, ударом и взрывом космического тела можно объяснить вымирание фауны, но появление многих новых видов и принципиально новых типов животных и растений ударом и взрывом космического тела никак не объяснить, каким бы мощным он ни был.
Будущее покажет, кто прав, но в любом случае проявление этих, обусловленных космосом, периодических биосферных кризисов необходимо учитывать при анализе развития биосферы.
Рассмотренные явления заставляют задуматься и об общих концепциях развития органического мира Земли. Эволюция, вследствие мелкой случайной изменчивости организмов и естественного отбора по Дарвину, отражает только одну сторону процесса.
Периодическое проявление биосферных кризисов, во время которых происходило как интенсивное вымирание, так и интенсивное образование новых видов и даже принципиально новых типов организмов, заставляет вспомнить и о более ранней концепции развития органического мира с проявлением кратковременных революционных эпох, вызывавших смену фауны и флоры (Ж. Кювье, 1812 г.).
Биосфера существует на Земле 3,5 млрд лет, то есть 16 галактических лет, и пережила их прогрессивно эволюционируя, несмотря на существенные периодические изменения космических условий.
Что же касается человека, то если даже иметь в виду не
современный вид Homo sapiens, а его предшественника Homo habilis, он появился на Земле всего 3 млн лет назад, то есть прожил всего 0,01 долю последнего галактического года. На этом фоне он пока, несмотря на свой разум, представляется чем-то вроде мотылька-однодневки.
Сейчас человечество озабочено возможностью глобаль-
ного потепления на 1-2 °С в результате неумеренного сжигания им топлива. И это действительно серьезная проблема.
Но следует иметь в виду, что в далекой перспективе человечеству предстоит пережить, вследствие изменения климата и среды обитания под влиянием изменяющихся космических условий, еще более значительные трудности.
Литература
1. Ефимов АЛ, Заколдаев Ю.А., Шпитальная А.А.. Астрономическое обоснование абсолютной геохронологии // Проблемы исследования Вселенной. - М.-Л., 1985. - Вып. 10. - С. 185-201.
2. Мейен С.В. Составы палеоботаники. -М.: Недра, 1986.
3. Неручев С.Г. Уран и жизнь в истории Земли. Изд.1-е. Л.: Недра, 1986. 206 с.; изд. 2-е доп. СПб.: ВНИГРИ, 2007. 326 с.
4. Паренаго П.П. О гравитационном потенциале Галактики. 2 // Астрономический журнал. - 1952. - № 3. - С. 245-287.
5. Харленд УБ, Кокс АВ, Ллевеллин П.Г. и др. Шкала геологического времени. - М.: Мир, 1985. - 139 с.
6. Шленов А.Г. Микромир, Вселенная, Жизнь. Изд. 4-е. Кн. 3. - СПб., 2009. - 82 с.
7. Шпитальная А.А., Заколдаев Ю.А., Ефимов А.А. Проблема времени в геологии и звездной астрономии // Проблемы пространства и времени в современном естествознании. - СПб., 1991. - Вып. 15. - С. 95-106.
8. Alvares L.M. Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extension // Science, 1980. - Vol. 208. N 4. - P. 44-48.
9. Barron E.J. Pre-Pleistocene Climates: Data and Models // In Climate and Geo-Sciences. Kluwer Academic Publishes. London, 1989. - P. 179-207.
10. Conant L.C., Swanson V.E. Chattanooga Shale and Related Rocks of Central Tennessee and Nearby Areas // Geol. Surv., Prof. Paper. -1961. - Vol. 357 - P. 1-91.
11. Growley T.J. Paleoclimate perspectives on greenhouse // In Climate and Geo-Sciences. Kluwer Academic Publishes. - London, 1989.
12. Hass W.H. Age and correlation of the Chattanooga Shale and the Mayry Formation // U.S. Geol. Surv., Prof. Paper. - 1956. - Vol. 286. - 47 p.
13. J. Kriest Plate-Tectonic Atlas, Shell. -Exploration Bulletin. - 1991, 285. - N 5.
14. Rampino M.R., Stoters R.B. Terrestrial mass extinction, cometary impacts and the Sun's motion perpendicular to the galactic plane // Nature. - 1984. - Vol. 308. - P. 607-616.
15. Romer A.S. Vertebrate paleontology. -Chicago; London, 1966. - 687 p.
J
