ГЛАВА 1: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Геологический метод; изверженные, осадочные и метаморфические породы. Палеонтологический метод; классификация растений и животных. Изотопные методы определения абсолютного возраста минералов: свинцово-урано-ториевый, грубый свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, грубый стронциевый

Как уже отмечалось, расшифровка истории Земли была достигнута в результате совместного труда геологов, палеонтологов и специалистов по изотопному анализу минералов. В каждой из этих трех специальностей применялась своя методика.

Геологический метод сводится в конечном счете к изучению типов горных пород, встречающихся в обнажениях на поверхности Земли, в вырытых шахтах и пробуренных скважинах, а также к анализу распределения пород различных типов в земной коре (пока что только в самых верхних ее слоях).

Горные породы по своему происхождению делятся на три следующих типа:

1) изверженные породы, образовавшиеся в результате застывания расплавленной магмы;

2) осадочные породы, образовавшиеся путем осаждения на дно водных бассейнов частиц пород, разрушенных действием ветра, воды и других агентов и перенесенных в водные бассейны реками или ветрами, а также растворенных веществ и остатков организмов;

3) метаморфические породы, образовавшиеся из изверженных и осадочных пород в результате их сильного изменения и перекристаллизации (с возможным притоком или оттоком только углекислоты и воды), главным образом под действием высокой температуры и большого давления в глубоких слоях земной коры.

Изверженные породы классифицируются по количеству содержащегося в них кремнезема, т. е. двуокиси кремния SiO2. При наличии SiO2 не более 45% породы называются ультраосновными, или гипербазитами. Главными минералами в них являются оливины - силикат магния форстерит, Mg2SiO4, и силикат железа фаялит, Fe2SiO4, а также пироксены, Ca(MgFeAl)(SiAl)2O6. Наиболее чистой оливиновой породой является дунит, содержащий в среднем 46.3% MgO, 40.5% SiO2, 8.3% FeO и Fe203, 2.9% H20 и только 0.8% Аl203; менее чистые разновидности называются перидотитом.

Породы, содержащие 45-55% SiO2, называются основными. Это мелкозернистые базальты и крупнозернистые габбро и эклогиты. Главные минералы - кальциевый полевой шпат плагиоклаз - анортит, CaAl2Si208, и пироксены.

При 55-65% SiO2 породы называются промежуточными. Это мелкозернистые андезиты и трахиты и крупнозернистые диориты, гранодиориты, сиениты и гнейсы. Главные минералы - натриевый и калиевый полевые шпаты - плагиоклаз-альбит, NaAlSi3О8, и ортоклаз, KAlSi3O8.

Наконец, при содержании SiO2 более 65% породы называются кислыми. Это мелкозернистые раолиты и крупнозернистые граниты и гнейсы. Главные минералы - ортоклаз и кварц, SiO2.

Осадочные породы - это конгломераты, песчаники, сланцы и осадки; последние включают глины, известняки (содержащие главным образом углекислый кальций, СаСO3), доломиты, CaCO3 · MgCO3, гипсы, CaSO4 · 2H2O, ангидриты, CaSО4, соли.

Вследствие механизма своего образования осадочные породы слоисты. Ясно, что новые слои осаждаются на старые, и если это нормальное напластование не будет перевернуто теми или иными движениями земной коры, то более глубокие слои будут более древними. Таким образом, при нормальном напластовании относительные возрасты слоев осадочных пород в вертикальном разрезе устанавливаются легко: чем глубже, тем старше. Это правило нашло отражение в терминологии, по которой наиболее молодые слои того или иного отрезка геологического времени называются верхними, а наиболее старые - нижними.

Как, однако, сопоставить возрасты слоев в разрезах, находящихся в различных местах земного шара (геологи называют эту задачу корреляцией слоев)? Для этого применяется палеонтологический метод, заключающийся в изучении окаменелых остатков живых организмов в осадочных породах и в восстановлении по ним картины эволюции форм организмов на Земле. Жизнь при этом рассматривается как глобальное явление, развивающееся во времени от простого к сложному, так что каждому периоду геологического времени соответствует определенный состав жизненных форм. Следовательно, слоям осадочных пород одного и того же геологического возраста соответствуют окаменелые остатки определенных, соответствующих этому геологическому периоду живых организмов. Этот принцип был сформулирован английским ученым Уильямом Смитом в 1817 г. Для его использования следует прежде всего уметь разбираться во всем многообразии форм живых организмов, существующих и когда-либо существовавших на Земле.

Биологическая классификация (начала которой были заложены шведским ученым Карлом Линнеем в середине XVIII в.), основанная на особенностях строения тела, индивидуального развития и эволюционного происхождения живых существ, делит все организмы прежде всего на два царства - растений и животных. Главное различие между ними заключается в том, что растения (кроме 'грибов и большинства бактерий) автотрофны, т. е. сами производят необходимые для них питательные веществ а, преимущественно из воды, углекислоты и минеральных солей под действием света (фотосинтез; при этом образуется и кислород), тогда как животные гетеротрофны, т. е. неспособны производить для себя питательные вещества, и питаются растениями или другими животными (и потребляют кислород) или паразитируют. Кроме того, в отличие от животных большинство растений неподвижно, они способны неограниченно расти, и их клетки имеют твердые стенки (из целлюлозы). Различают 12 типов растений и 23 типа животных.

Перечислим типы растений - от самых примитивных до наиболее высокоорганизованных. Подцарство низших растений (так называемых слоевцовых, одноклеточных или скоплений клеток без настоящих корней, стеблей и листьев) включает, во-первых, 7 типов водорослей: синезеленые (2500) (цифры в скобках здесь и далее - число современных видов), жгутиковые, зеленые (5000), хризофиты, в том числе диатомовые с кремневыми стенками клеток, пиррофиты, бурые (1000), красные (3000). Во-вторых, в это подцарство входят еще 3 типа - бактерии (3000), слизистые плесени и грибы (70 000). К подцарству высших растений относятся 2 типа: мохообразные (23 000) и сосудистые.

Перечислим и типы животных, опять от самых простых к высокоорганизованным. Подцарство одноклеточных животных состоит из 1 типа - простейшие (25 000). В подцарстве многоклеточных животных типы определяются следующими особенностями строения тела: А2-3 - два или три слоя зародышевых клеток; В1-2 - одна или две полости; С1-2 - сферическая, радиальная или двухсторонняя симметрия; D1-2 - наличие или отсутствие сегментации; Е - специфические особенности.

Отдельно следует упомянуть типы мезозой (23) - примитивные паразитические организмы, состоящие по существу из одного слоя клеток, и губки (5000), не имеющие не только органов, но и тканей и являющиеся скорее колониями клеток.

Настоящие же многоклеточные животные делятся на 2 типа двуслойных радиально-симметричных - кишечнополостные (9000) и похожие на медуз, но без стрекательных клеток гребневики (84), а также на 18 типов трехслойных двусторонне-симметричных. Последние включают 11 типов первичноротых: несегментированные низшие черви - плоские (7300), колючеголовые (300), круглые (12 000) и уже имеющие кровеносную систему немертины (300); моллюски (106 000); малосегментные форониды (15), мшанки (2700) и плеченогие - брахиоподы (170); многосегментные кольчатые черви (8000), онихофоры (65) и членистоногие (> 1 000 000). Кроме того, имеется 7 типов вторичноротых: щетинкочелюстные черви (30), иглокожие (6000) и 5 типов хордовых - погонофоры (100), полухордовые (76), оболочниковые (1600), головохордовые (22) и позвоночные (40 000).

Типы делятся на классы. Так, например, тип сосудистых растений делят на 6 классов: псилофиты, плауновые (900), хвощевые, папоротники (9000), голосемянные (640) и покрытосемянные, или цветковые (200 000). Тип позвоночных животных состоит из следующих 6 классов: круглоротые (40), рыбы (20 000), земноводные (2100), пресмыкающиеся (6000), птицы (8600) и млекопитающие (4500). Всего насчитывают 71 класс животных.

Классы делятся на отряды, отряды - на семейства, семейства - на роды, роды - на виды. Видом животных называется совокупность сходных особей, имеющих одинаковое происхождение, строение и функции и способных скрещиваться и давать плодоносящее потомство. К сожалению, сколько-нибудь четкого определения понятий род, семейство, отряд, класс не существует, да и выделение указанных выше особенностей строения тела А-Е для определения понятия тип не вытекает из каких-либо общих принципов (системе биологической классификации, возможно, не хватает биохимической основы). Поэтому имеется ряд различных вариантов биологической классификации (в некоторые из них наряду с перечисленными здесь подразделениями вводятся еще промежуточные - подтип, надсемейство и т. п.).

Несмотря на эту неоднозначность, система биологической классификации в целом, созданная в результате колоссального труда поколений ученых и позволяющая разобраться во многих сотнях тысяч видов современных и ископаемых живых существ, является, конечно, великолепным достижением человеческого познания. Интересующиеся читатели могут подробно ознакомиться с классификацией животных по советскому семитомному изданию «Жизнь животных» [2].

Палеонтологический метод позволяет устанавливать только относительные возрасты и только осадочных пород, содержащих окаменелые остатки или следы живых существ; до середины XX в. он был разработан только на 550-600 млн. лет в прошлое.