«Древняя история жизни на Земле»

Для всех практических целей мы можем считать, что водные породы являются естественным кладбищем животных и растений минувших эпох; и поэтому для студента-палеонтолога важно быть знакомым с некоторыми основными фактами, касающимися их физических характеристик, их тонкой структуры и способа происхождения, их основных разновидностей и их исторической последовательности.

Осадочные или фоссилиферные породы составляют большую часть той части земной коры, которая открыта для нашего изучения, и отличаются тем, что они регулярно «стратифицированы» или расположены отчетливыми и определенными слоями или «стратами». Эти слои могут состоять из одного материала, как в блоке песчаника, или они могут состоять из различных материалов. При рассмотрении в крупном масштабе всегда обнаруживается, что они состоят из чередующихся слоев различного минерального состава. Мы можем исследовать любую заданную область и не найти в ней ничего, кроме одного вида породы — возможно, песчаника или известняка. Однако во всех случаях, если мы расширим наше исследование достаточно далеко, мы в конечном итоге наткнемся на другие породы; и, как общее правило, толщина любого конкретного набора пластов сравнительно невелика, так что различные виды пород чередуются друг с другом на сравнительно небольших пространствах.

Что касается происхождения осадочных пород, то по большей части они являются «производными» породами, происходящими от износа ранее существовавших пород. Иногда, однако, они обязаны своим происхождением химической или жизненной деятельности, и тогда о них правильнее было бы говорить просто как о водных породах. Что касается способа их отложения, то мы можем сделать вывод, что составляющие их материалы были ранее распределены под действием воды, исходя из того, что мы видим каждый день в устьях наших великих рек и, в меньшем масштабе, везде, где есть текучая вода. Каждый поток, впадая в озеро или море, несет с собой груз ила, песка и окатанной гальки, полученных в результате разрушения пород, образующих его русло и берега. Когда эти материалы перестают подталкиваться силой движущейся воды, они оседают на дно, причем самая тяжелая галька, конечно, оседает первой, затем более мелкая галька и песок, и, наконец, самый мелкий ил. Таким образом, в конечном итоге, как можно было предположить на теоретических основаниях и как доказывается практическим опытом, каждое озеро становится вместилищем серии стратифицированных пород, созданных впадающими в него потоками. Эти отложения могут варьироваться в разных частях озера в зависимости от того, принес ли один поток один вид материала, а другой поток — другой материал; но во всех случаях материалы будут нести достаточно доказательств того, что они были произведены, отсортированы и отложены текучей водой. Более тонкие пласты глины или песка будут расположены в более толстых или тонких слоях или ламинах; и если есть какие-либо пласты гальки, то все они будут округлыми или гладкими, точно так же, как обточенная водой галька в любом ручье. По всей вероятности, мы также нашли бы в некоторых пластах остатки пресноводных раковин, растений или других организмов, которые населяли озеро в то время, когда эти пласты отлагались.

Таким же образом крупные реки — такие как Ганг или Миссисипи — отлагают все материалы, которые они приносят, в своих устьях, образуя таким образом свои «дельты». Всякий раз, когда такая дельта прорезается человеком или каким-либо руслом реки, меняющим свое направление, мы обнаруживаем, что она состоит из последовательности горизонтальных слоев или страт песка или ила, различающихся по минеральному составу, структуре или зернистости в зависимости от природы материалов, приносимых рекой в разные периоды. Такие дельты также будут содержать остатки животных, обитающих в реке, с фрагментами растений, которые росли на ее берегах, или костями животных, которые жили в ее бассейне.

И это действие, конечно, не ограничивается только крупными реками, хотя, естественно, наиболее заметно в самых больших водоемах. Напротив, все потоки, независимо от размера, заняты работой по разрушению суши и транспортировке материалов, полученных таким образом, с более высоких уровней на более низкие, никогда не прекращая этой работы, пока они не достигнут моря.

Наконец, само море — независимо от материалов, доставляемых в него реками — постоянно подготавливает свежие [отложения] своим собственным действием. На каждой береговой линии море постоянно подтачивает сушу и разрушает слагающие ее породы, образуя гальку и песок, которые мы видим на каждом берегу. Материалы, полученные таким образом, однако, не пропадают, а в конечном итоге отлагаются в другом месте в виде новых стратифицированных накоплений, в которых погребены остатки животных, обитавших в море в то время.

Всякий раз, когда мы находим где-либо во внутренних районах суши какую-либо серию пластов, обладающих этими характеристиками — состоящих, то есть, из отчетливых слоев, частицы которых, как крупные, так и мелкие, показывают отчетливые следы разрушительного действия воды, — всякий раз и везде, где мы находим такие породы, мы вправе предположить, что они были отложены водой вышеупомянутым способом. Либо они были отложены в каком-то древнем озере под совокупным действием потоков, впадавших в него; либо они были отложены в устье какой-то древней реки, образуя ее дельту; либо они были отложены на дне океана. В первых двух случаях любые окаменелости, которые могут содержать пласты, будут остатками пресноводных или наземных организмов. В последнем случае большинство, по крайней мере, окаменелостей будут остатками морских животных.

Термин «формация» используется геологами для обозначения «любой группы горных пород, имеющих какой-либо общий признак, будь то происхождение, возраст или состав» (Лайель); так что мы можем говорить о стратифицированных и нестратифицированных формациях, водных или магматических формациях, пресноводных или морских формациях и так далее.

ОСНОВНЫЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ ВОДНЫХ ПОРОД.

Водные породы можно разделить на две большие секции: механически образованные и химически образованные, включая в последнюю рубрику все породы, которые обязаны своим происхождением жизненной деятельности, а также те, что произведены обычными химическими агентами.

А. МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАЗОВАННЫЕ ПОРОДЫ. — Это все те водные породы, относительно которых мы можем получить доказательства того, что их частицы были механически перенесены на их нынешнее местоположение. Так, если мы исследуем кусок конгломерата или пудинга, мы обнаружим, что он состоит из множества окатанных галек, заключенных в обволакивающую матрицу или пасту, которая обычно имеет песчаную природу, но может состоять из карбоната кальция (в этом случае порода называется «известковым конгломератом»). Галька во всех конгломератах изношена и округлена действием движущейся воды и, таким образом, показывает, что она подвергалась сильному механическому истиранию, в то время как она была механически перенесена на большее или меньшее расстояние от породы, частью которой она первоначально являлась. Аналог древних конгломератов в наши дни можно найти в больших пластах гальки и гравия, которые образуются под действием моря на каждой береговой линии и которые состоят из обточенной водой и хорошо округленной гальки разных размеров. Брекчия — это механически образованная порода, очень похожая на конгломерат и состоящая из более крупных или более мелких фрагментов породы, заключенных в общую матрицу. Фрагменты, однако, в этом случае все более или менее угловатые и не изношены или не округлены. Фрагменты в брекчиях могут быть большого размера, или они могут быть сравнительно небольшими (рис. 6); и матрица может состоять из песка (песчанистая) или из карбоната кальция (известковая). В случае обычного песчаника, опять же, мы имеем породу, которую можно рассматривать просто как очень мелкозернистый конгломерат или брекчию, состоящую из мелких зерен песка (кремнезема), иногда округлых, иногда более или менее угловатых, сцементированных вместе каким-либо веществом, таким как оксид железа, силикат железа или карбонат кальция. Песчаник, следовательно, подобно конгломерату, является механически образованной породой, его составляющие зерна в равной степени являются результатом механического истирания и в равной степени были перенесены с расстояния; то же самое верно и для обычного песка морского берега, который является не чем иным, как неконсолидированным песчаником. Другие так называемые пески и песчаники, хотя и являются механическими по своему происхождению, по своей природе являются истинно известковыми и более или менее полностью состоят из карбоната кальция. К этому виду относятся ракушечный песок, столь распространенный на наших берегах, и коралловый песок, который в большом количестве образуется в окрестностях коралловых рифов. В этих случаях порода состоит из фрагментов скелетов моллюсков и многочисленных других морских животных, вместе, во многих случаях, с остатками определенных морских водорослей (кораллины, нуллипоры и т. д.), которые наделены способностью секретировать карбонат кальция из морской воды. Наконец, в некоторых породах, еще более тонких по своей текстуре, чем песчаники, таких как различные глинистые породы и сланцы, мы все еще можем распознать механический источник и происхождение. Если срезы любой из этих пород, достаточно тонкие, чтобы быть прозрачными, исследовать под микроскопом, то обнаружится, что они состоят из мельчайших зерен разных размеров, которые все более или менее изношены и округлены, что ясно показывает, следовательно, что они подвергались механическому истиранию.

Все вышеупомянутые породы, следовательно, являются механически образованными породами; и о них часто говорят как о «производных породах» вследствие того факта, что можно показать, что их частицы были механически получены из других ранее существовавших пород. Из этого следует, что каждый пласт любой механически образованной породы является мерой и эквивалентом соответствующего количества разрушения какой-то более старой породы. Нет необходимости вдаваться здесь в подробный отчет о подразделениях этих пород, но можно упомянуть, что их можно разделить на две основные группы в соответствии с их химическим составом. В одной группе мы имеем так называемые аренитовые (лат. arena, песок) или кремнистые породы, которые по существу состоят из более крупных или более мелких зерен кремня или кремнезема. В эту группу входят обычный песок, разновидности песчаника и песчаника-грит, а также большинство конгломератов и брекчий. Мы, однако, впоследствии увидим, что некоторые кремнистые породы имеют органическое происхождение. Во второй группе находятся так называемые аргиллитовые (лат. argilla, глина) породы, которые содержат в своем составе большее или меньшее количество глины или гидратированного силиката алюминия. Под эту рубрику подпадают глины, сланцы, мергели, мергелистые сланцы, глинистые сланцы и большинство плитняков и плитняковых камней.

Б. ХИМИЧЕСКИ ОБРАЗОВАННЫЕ ПОРОДЫ. — В этот раздел включены все те водные или осадочные породы, которые были сформированы под воздействием химических агентов. Поскольку многие из этих химических агентов, однако, воздействуют через посредство живых существ, будь то животные или растения, мы получаем в этом разделе ряд того, что можно назвать «органически образованными породами». Они имеют величайшее значение для палеонтолога, поскольку в большей или меньшей степени состоят из фактических остатков животных или растений, и поэтому будет необходимо рассмотреть их характер и структуру довольно подробно.

Безусловно, наиболее важными из химически образованных пород являются так называемые известковые породы (лат. calx, известь), включающие все те, которые содержат большую долю карбоната кальция или полностью состоят из этого вещества. Карбонат кальция растворим в воде, содержащей определенное количество углекислого газа в растворе; и поэтому он обнаруживается в большем или меньшем количестве, растворенным во всех природных водах, как пресных, так и соленых, поскольку эти воды всегда в некоторой степени насыщены вышеупомянутым растворяющим газом. Однако большое количество водных животных вместе с некоторыми водными растениями наделены способностью отделять известь, таким образом удерживаемую в растворе в воде, и снова переводить ее в твердое состояние. Таким образом, моллюски, ракообразные, морские ежи, кораллы и огромное количество других животных способны строить свои скелеты; в то время как некоторые растения образуют твердые структуры внутри своих тканей точно таким же образом. Мы действительно встречаем некоторые известковые отложения, такие как «сталактиты» и «сталагмиты» в пещерах, «известковый туф» и «травертин» некоторых горячих источников и губчатые известковые отложения так называемых «окаменяющих источников», которые являются чисто химическими по своему происхождению и ничем не обязаны деятельности живых существ. Такие отложения образуются просто путем осаждения карбоната кальция из воды вследствие испарения из воды углекислого газа, который ранее удерживал известь в растворе; но, хотя иногда они образуют массы значительной толщины и геологического значения, они нас здесь не касаются. Почти все известняки, которые встречаются в серии стратифицированных пород, являются, по крайней мере, первоначально органического происхождения и были прямо или косвенно произведены действием определенных животных или растений, производящих известь, или и тех, и других вместе. Презумпция в отношении всех известковых пород, которые нельзя четко показать как образованные иным образом, заключается в том, что они таким образом органически сформированы; и во многих случаях эта презумпция может быть легко сведена к уверенности. Существует много разновидностей известковых пород, но следующие являются наиболее важными:—

Мел — это известковая порода, как правило, мягкой и порошкообразной текстуры, с землистым изломом. Он варьируется по своей чистоте, иногда почти полностью состоя из карбоната кальция, а в другое время более или менее перемешан с посторонними веществами. Хотя мел обычно мягкий и легко превращается в порошок, иногда, как на севере Ирландии, он бывает довольно твердым и плотным; но он никогда не приобретает кристаллического вида и каменной плотности известняка, если только не находится в непосредственном контакте с какой-либо массой магматической породы. С помощью микроскопа истинную природу и способ образования мела можно определить с величайшей легкостью. В случае более твердых разновидностей исследование можно проводить с помощью срезов, сточенных до такой тонкости, чтобы сделать их прозрачными; но в более мягких видах породу необходимо дезинтегрировать под водой, а дебрис исследовать микроскопически. При исследовании любым из этих методов мел оказывается подлинно органической породой, состоящей из раковин или твердых частей бесчисленных морских животных разных видов, некоторые целые, некоторые фрагментарные, сцементированные вместе матрицей из очень мелкозернистого карбоната кальция. Первое место среди остатков животных, которые в такой большой степени составляют мел, занимают раковины мельчайших существ, о которых впоследствии будет сказано под названием фораминиферы (рис. 7) и которые, несмотря на свои микроскопические размеры, играют более важную роль в процессе производства извести, чем, возможно, любые другие из более крупных обитателей океана.

Поскольку мел встречается в пластах толщиной в сотни футов и большой чистоты, долгое время ощущалась большая трудность в удовлетворительном объяснении способа его формирования и происхождения. Исследованиями Карпентера, Уайвилла Томсона, Хаксли, Уоллича и других, однако, было показано, что в настоящее время в глубоких недрах наших великих океанов формируется отложение, которое во всех существенных отношениях идентично мелу и которое обычно известно как «атлантический ил», поскольку оно было впервые обнаружено в этом море. Этот ил находится на больших глубинах (от 5000 до более 15 000 футов) как в Атлантическом, так и в Тихом океанах, покрывая чрезвычайно большие площади морского дна, и представляет собой беловато-коричневый, липкий, неразличимый ил, очень похожий на сероватый мел в высушенном виде. Химическое исследование показывает, что ил состоит почти полностью из карбоната кальция, а микроскопическое исследование доказывает, что он имеет органическое происхождение и состоит из остатков живых существ. Основные формы этих существ принадлежат к фораминиферам, и наиболее распространенными из них являются неправильно-камерные раковины Globigerina, абсолютно неотличимые от Globigerinæ, которые в большом количестве присутствуют в мелу (рис. 8). Наряду с ними встречаются фрагменты скелетов других более крупных существ и определенная доля кремнистых футляров мельчайших животных и растительных организмов (Polycystina и диатомеи). Хотя многие из мельчайших животных, твердые части которых образуют ил, несомненно, живут на поверхности моря или вблизи нее, другие, вероятно, действительно живут вблизи дна; и сам ил образует благоприятный дом для многочисленных губок, морских лилий и других морских животных, которые процветают на больших глубинах в море. Таким образом, устанавливается интимный и весьма интересный параллелизм между мелом и илом современных океанов. Оба формируются по существу одинаковым способом, и последний требует лишь консолидации, чтобы фактически превратиться в мел. Оба являются фундаментально органическими отложениями, по-видимому, требующими большой глубины воды для своего накопления и в основном состоящими из остатков фораминифер, вместе с целыми или сломанными скелетами других морских животных больших размеров. Следует помнить, однако, что ил, хотя и является строго репрезентативным для мела, не может быть назван в каком-либо надлежащем смысле фактически идентичным с формацией, так называемой геологами. Большой промежуток времени разделяет их, и хотя они состоят из остатков репрезентативных классов или групп животных, только в случае низкоорганизованных Globigerinæ и некоторых других организмов более низкого уровня мы находим абсолютно те же виды животных в обоих.

Известняк, подобно мелу, состоит из карбоната кальция, иногда почти чистого, но чаще с большим или меньшим примешиванием какого-либо постороннего материала, такого как глинозем или кремнезем. Разновидностей известняка почти бесчисленное множество, но подавляющее большинство можно четко доказать как согласующиеся с мелом в том, что они по существу имеют органическое происхождение и более или менее в значительной степени состоят из остатков живых существ. Во многих случаях органические остатки, составляющие известняк, настолько велики, что легко видны невооруженным глазом, и порода сразу же видится не чем иным, как агломерацией скелетов, обычно фрагментарных, определенных морских животных, сцементированных вместе матрицей из карбоната кальция. Это случай, например, с так называемыми «криноидными известняками» и «энкринитовыми мраморами», с которыми геолог так хорошо знаком, особенно как встречающимися в больших пластах среди более старых формаций земной коры. Они видны на выветренных или сломанных поверхностях, или еще лучше в полированных плитах (рис. 9), как состоящие более или менее исключительно из сломанных стеблей и отделенных пластин морских лилий (криноидов). Точно так же другие известняки состоят почти полностью из скелетов кораллов; и такие старые коралловые известняки могут быть легко сопоставлены с формациями, которые мы можем найти в процессе производства в наши дни. Нам нужно только перенестись на острова Тихого океана, в Вест-Индию или в Индийский океан, чтобы найти большие массы извести, образованные аналогичным образом живыми кораллами и хорошо известные всем под названием «коралловые рифы». Такие рифы часто имеют огромные размеры, как поверхностно, так и по вертикальной толщине, и они полностью равны в этом отношении любому из коралловых известняков минувших эпох. Опять же, мы находим другие известняки — такие как знаменитый «нуммулитовый известняк» (рис. 10), который иногда достигает толщины в несколько тысяч футов — которые почти полностью состоят из раковин фораминифер. В случае «нуммулитового известняка», только что упомянутого, эти раковины имеют большой размер, варьируясь от размера чечевицы до размера флорина. Существуют, однако, как мы увидим, многие другие известняки, которые также в значительной степени состоят из фораминифер, но в которых раковины гораздо более мелкие и едва ли были бы видны вообще без микроскопа.

Мы можем, фактически, считать, что великими агентами в производстве известняков в прошлые эпохи были животные, принадлежащие к криноидам, кораллам и фораминиферам. В наши дни криноиды были почти истреблены, и немногие известные выжившие, по-видимому, удалились на большие глубины в океане; но два последних все еще активно продолжают работу по производству извести, причем первые очень сильно помогают в своих операциях определенными производящими известь морскими растениями (нуллипоры и кораллины). Мы должны помнить, однако, что хотя известняки, как древние, так и современные, о которых мы только что говорили, являются истинно органическими, они не обязательно образованы из остатков животных, которые фактически жили на том самом месте, где мы сейчас находим сам известняк. Мы можем найти криноидный известняк, который мы можем показать как фактически образованный последовательным ростом поколений морских лилий на месте; но мы найдем много других, в которых порода состоит из бесчисленных фрагментов скелетов этих существ, которые были явно изношены и натерты морскими волнами и которые были механически перенесены на их нынешнее место. Таким же образом известняк может быть показан как бывший фактическим коралловым рифом по тому факту, что мы находим в нем большие массы кораллов, растущих в своем естественном положении и демонстрирующих ясные доказательства того, что они были просто тихо погребены известковым осадком по мере их роста; но другие известняки могут содержать только многочисленные скатанные и обточенные водой фрагменты кораллов. Это точно параллельно тому, что мы можем наблюдать в наших существующих коралловых рифах. Части современных коралловых островов и коралловых рифов действительно состоят из кораллов, мертвых или живых, которые фактически росли на том месте, где мы сейчас их находим; но другие части состоят из известковой породы («коралловая порода») или из рыхлого песка («коралловый песок»), который является органическим в том смысле, что он состоит из извести, образованной живыми существами, но который, по правде говоря, состоит из фрагментов скелетов этих живых существ, механически перенесенных и нагроможденных морем. Чтобы взять другой пример ближе к дому, мы можем найти большие накопления известкового вещества, образованные на месте ростом моллюсков, таких как устрицы или мидии; но мы можем также найти одинаково большие накопления на многих наших берегах в форме «ракушечного песка», который одинаково состоит из раковин моллюсков, но который образован истиранием этих раковин механической силой морских волн. Мы таким образом видим, что хотя все эти известняки являются первоначально органическими, они нередко становятся «механически образованными» породами во вторичном смысле, материалы, из которых они состоят, образованы живыми существами, но были механически перенесены на место, где мы сейчас их находим.

Многие известняки, как мы видели, состоят из крупных и заметных органических остатков, таких как те, что сразу бросаются в глаза. Многие другие, однако, которые на первый взгляд кажутся плотными, более или менее кристаллическими и почти лишенными следов жизни, оказываются при надлежащем исследовании также состоящими из остатков различных организмов. Все более распространенные известняки, фактически, начиная с нижнесилурийского периода, могут быть легко доказаны как такие органические породы, если мы исследуем выветренные или полированные поверхности с помощью линзы, или, еще лучше, если мы вырежем тонкие срезы породы и сточим их до тех пор, пока они не станут прозрачными. При таком исследовании порода обычно оказывается состоящей из бесчисленных целых или фрагментарных окаменелостей, сцементированных вместе зернистой или кристаллической матрицей из карбоната кальция (рис. 11 и 12). Когда матрица зернистая, порода точно такая же, как мел, за исключением того, что она тверже и менее землистая по текстуре, в то время как окаменелости лишь изредка относятся к фораминиферам. В других случаях матрица более или менее кристаллическая, и когда эта кристаллизация была доведена до большой степени, первоначальная органическая природа породы может быть значительно или полностью скрыта этим. Таким образом, в известняках, которые были значительно изменены или «метаморфизованы» под совокупным действием тепла и давления, все следы органических остатков уничтожаются, и порода становится полностью кристаллической насквозь. Это, например, случай с обычным белым «статуарным мрамором», срезы которого демонстрируют под микроскопом не что иное, как агрегат красиво прозрачных кристаллов карбоната кальция, без малейших следов окаменелостей. Существуют также другие случаи, когда известняк не обязательно является высококристаллическим и где не произошло никакого метаморфического действия в строгом смысле, в которых, тем не менее, микроскоп не может выявить никаких доказательств того, что порода является органической. Такие случаи несколько неясны и, несомненно, зависят от разных причин в разных случаях; но они не влияют на важное обобщение, что известняки являются фундаментально продуктом деятельности живых существ. Этот факт остается верным; и когда мы рассматриваем огромную поверхностную площадь, занимаемую известковыми отложениями, и огромную совокупную толщину их, ум не может не быть впечатлен необъятностью периода, требуемого для формирования их под воздействием таких скромных и часто микроскопических существ, как кораллы, морские лилии, фораминиферы и моллюски.

Среди многочисленных разновидностей известняка некоторые представляют такой интерес, что заслуживают краткого упоминания. Магнезиальный известняк, или доломит, отличается от обычного известняка тем, что содержит определенную долю карбоната магния вместе с карбонатом кальция. Типичные доломиты содержат большую долю карбоната магния и являются высококристаллическими. Обычные магнезиальные известняки (такие как известняки Дарема в пермской серии и известняки Гвелф в Северной Америке в силурийской серии) обычно имеют желтоватый, палевый или коричневый цвет, с кристаллическим или перламутровым видом, вскипают с кислотой гораздо менее свободно, чем обычный известняк, демонстрируют многочисленные полости, из которых были растворены окаменелости, и часто принимают самые разнообразные и причудливые формы вследствие того, что называется «конкреционным действием». Исследование под микроскопом показывает, что эти известняки состоят из агрегата мельчайших, но совершенно отчетливых кристаллов, но что мельчайшие организмы разных видов или фрагменты более крупных окаменелостей часто присутствуют также. Другие магнезиальные известняки, опять же, не демонстрируют никаких поразительных внешних особенностей, по которым присутствие магнезии было бы легко распознано, и хотя основа породы кристаллическая, они изобилуют остатками организованных существ. Таким образом, многие из магнезиальных известняков каменноугольной серии Севера Англии очень похожи на обычный известняк на вид, хотя вскипают менее свободно с кислотами, и микроскоп доказывает, что они заряжены остатками фораминифер и других мельчайших организмов.

Мраморы бывают разных видов, все известняки, которые достаточно тверды и компактны, чтобы принимать высокую полировку, идут под этим названием. Статуарный мрамор и большинство знаменитых иностранных мраморов являются «метаморфическими» породами, высококристаллической природы, у которых все следы их первоначальной органической структуры стерты. Многие другие мраморы, однако, отличаются от обычного известняка просто вопросом плотности. Таким образом, многие мраморы (такие как Дербиширский мрамор) являются просто «криноидными известняками» (рис. 9); в то время как различные другие британские мраморы демонстрируют бесчисленные органические остатки под микроскопом. Черные мраморы обязаны своим цветом присутствию мельчайших частиц углеродистого вещества, в некоторых случаях, по крайней мере; и они могут быть либо метаморфическими, либо они могут быть заряжены мельчайшими окаменелостями, такими как фораминиферы (например, черные известняки Ирландии и черный мрамор Дента в Йоркшире).

«Оолитовые» известняки, или «оолиты», как их часто называют, представляют интерес как для палеонтолога, так и для геолога. Специфическая структура, которой они обязаны своим названием, заключается в том, что порода более или менее полностью состоит из сфероидальных или овальных зерен, которые варьируются в размере от головки маленькой булавки или меньше до размера горошины, и которые могут находиться в почти непосредственном контакте друг с другом или могут быть сцементированы вместе более или менее обильной известковой матрицей. Когда зерна довольно почти сферические и находятся в довольно тесном контакте, порода выглядит очень похоже на икру рыбы, и название «оолит» или «яичный камень» является аллюзией на это. Когда зерна размером с горошину или больше, породу часто называют «пизолитом» (лат. pisum, горошина). Известняки, имеющие эту специфическую структуру, особенно обильны в юрской формации, которую часто называют «оолитовой серией» по этой причине; но по существу подобные известняки встречаются нередко в силурийской, девонской и каменноугольной формациях и, действительно, почти во всех группах пород, в которых известняки широко развиты. Каков бы ни был возраст формации, в которой они встречаются, и каков бы ни был размер их составляющих «яиц», структура оолитовых известняков фундаментально одна и та же. Все обычные оолитовые известняки, а именно, состоят из маленьких сферических или яйцевидных «конкреций», как их называют, сцементированных вместе большим или меньшим количеством кристаллического карбоната кальция, вместе, во многих случаях, с многочисленными органическими остатками разных видов (рис. 13). При исследовании в полированных плитах или в тонких срезах, подготовленных для микроскопа, каждая из этих маленьких конкреций оказывается состоящей из многочисленных концентрических слоев карбоната кальция, которые иногда просто окружают воображаемый центр, но которые, чаще, были последовательно отложены вокруг какого-либо постороннего тела, такого как маленький кристалл кварца, скопление песчинок или мельчайшая раковина. В других случаях, как в некоторых пластах каменноугольного известняка на Севере Англии, где известняк является высоко «аренитовым», существует модификация оолитовой структуры. Микроскопические срезы этих песчанистых известняков (рис. 14) показывают многочисленные, как правило, угловатые или овальные зерна кремнезема или кремня, каждое из которых обычно окружено тонким покрытием из карбоната кальция, или иногда несколькими такими слоями, причем все это сцементировано вместе с раковинами фораминифер и другими мельчайшими окаменелостями матрицей из кристаллического кальцита. По сравнению с типичными оолитами, конкреции в этих известняках обычно гораздо более неправильные по форме, часто удлиненные и почти цилиндрические, в другое время угловатые, центральное ядро будучи большого размера, а окружающая оболочка извести будучи очень тонкой и часто не демонстрирующей никакой концентрической структуры. Как в этих, так и в обычных оолитах структура фундаментально одна и та же. Оба были сформированы в море, вероятно, не большой глубины, воды которого были заряжены карбонатом кальция в растворе, в то время как дно было сформировано из песка, перемешанного с мельчайшими раковинами и фрагментами скелетов более крупных морских животных. Избыток извести в морской воде осаждался вокруг песчаных зерен или вокруг меньших раковин, как вокруг стольких ядер, и это осаждение должно было часто происходить раз за разом, чтобы дать начало концентрической структуре, столь характерной для оолитовых конкреций. Наконец, оолитовые зерна, произведенные таким образом, были сцементированы вместе дальнейшим осаждением кристаллического карбоната кальция из вод океана.

Фосфат кальция — это еще одна известковая соль, которая представляет интерес для палеонтолога. Он не встречается в большом количестве в стратифицированной серии, но он находится в значительных пластах [4] в лаврентийской формации и менее обильно в некоторых более поздних группах пород, в то время как он встречается обильно в форме конкреций в частях меловых (верхний зеленый песчаник) и третичных отложений. Фосфат кальция составляет большую часть землистых веществ костей позвоночных животных, а также встречается в меньшем количестве в скелетах некоторых беспозвоночных (например, ракообразных). Он, действительно, возможно, более отчетливо, чем карбонат кальция, является органическим соединением; и хотя формирование многих известных отложений фосфата кальция не может быть положительно показано как связанное с предыдущей деятельностью живых существ, есть место для сомнения, не является ли эта соль в действительности всегда первоначально продуктом жизненной деятельности. Фосфатные конкреции верхнего зеленого песчаника ошибочно называют «копролитами» из-за веры, первоначально существовавшей, что они были пометом или фоссилизированными экскрементами вымерших животных; и хотя это не так, не может быть мало сомнений в том, что фосфат кальция, который они содержат, в данном случае имеет органическое происхождение.[5] По-видимому, фактически, что разлагающееся органическое вещество обладает удивительной силой определять осаждение вокруг него минеральных солей, растворенных в воде. Таким образом, когда какие-либо тела животных подвергаются разложению на дне моря, они имеют тенденцию вызывать осаждение из окружающей воды любых минеральных веществ, которые могут быть растворены в ней; и органическое тело таким образом становится центром, вокруг которого минеральные вещества, о которых идет речь, отлагаются в форме «конкреции» или «нодуля». Фосфатные конкреции, о которых идет речь, были сформированы в море, в котором фосфат кальция, полученный из разрушения скелетов животных, удерживался в значительной степени в растворе; и его осаждение происходило вокруг любого тела, такого как разлагающееся органическое вещество, которое случайно лежало на морском дне и которое предлагало себя как благоприятное ядро. Таким же образом мы можем объяснить формирование известковых конкреций, известных как «септарии» или «цементные камни», которые встречаются так часто в лондонской глине и киммериджской глине и в которых основным ингредиентом является карбонат кальция. Подобное происхождение следует приписать конкрециям глинистого железняка (нечистый карбонат железа), которые встречаются так обильно в сланцах каменноугольной серии и в других аргиллитовых отложениях; и параллельный современный пример можно найти в конкрециях марганца, которые были обнаружены сэром Уайвиллом Томсоном на «Челленджере» как столь многочисленно разбросанные по дну Тихого океана на больших глубинах. В соответствии с этим способом происхождения, чрезвычайно часто можно найти в центре всех этих конкреций, как старых, так и новых, какое-либо органическое тело, такое как кость, раковина или зуб, которое действовало как первоначальное ядро осаждения и было таким образом сохранено в саване из минерального вещества. Многие конкреции, это правда, не показывают такого ядра; но было утверждено, что все они могут быть показаны, путем соответствующего микроскопического исследования, как сформированные вокруг первоначального органического тела для начала (Хокинс Джонсон).

[Сноска 4: Помимо наличия фосфата кальция в фактических пластах в стратифицированных породах, как в лаврентийской и силурийской сериях, эта соль может также встречаться рассеянной по породе, когда она может быть обнаружена только химическим анализом. Интересно отметить, что доктор Хикс недавно доказал наличие фосфата кальция в этой рассеянной форме в породах таких старых, как кембрийские, и что в количестве, вполне равном тому, что обычно обнаруживается присутствующим в более поздних фоссилиферных породах. Это дает химическое доказательство того, что животная жизнь процветала обильно в кембрийских морях.]

[Сноска 5: Было поддержано, действительно, что фосфатные конкреции, столь широко разрабатываемые для сельскохозяйственных целей, сами по себе являются фактическими органическими телами или истинными окаменелостями. В нескольких случаях это допускает демонстрацию, так как можно показать, что конкреция является просто организмом (таким как губка), инфильтрированным фосфатом кальция (Соллас); но есть много других случаев, в которых никакой фактической структуры еще не было показано существующей, и относительно истинного происхождения которых было бы рискованно предлагать положительное мнение.]

Последняя известковая соль, которую нужно упомянуть, — это гипс, или сульфат кальция. Это вещество, помимо других способов встречаемости, встречается нередко интерстратифицированным с обычными осадочными породами, в форме более или менее нерегулярных пластов; и в этих случаях оно имеет палеонтологическое значение, как иногда дающее хорошо сохранившиеся окаменелости. Хотя его точный способ происхождения неопределен, его нельзя рассматривать как саму по себе органическую породу, хотя это явно продукт химического действия. На вид это обычно беловатая или желтовато-белая порода, такая же грубокристаллическая, как сахар-рафинад, или более того; и микроскоп показывает, что она состоит полностью из кристаллов сульфата кальция.

Мы видели, что известковые или содержащие известь породы являются наиболее важными из группы органических отложений, тогда как кремнистые или содержащие кремень породы можно считать наиболее важными, наиболее типичными и наиболее распространенными из пород механического происхождения. Однако теперь нам предстоит кратко рассмотреть некоторые отложения, которые более или менее полностью состоят из кремня, но, тем не менее, по своему происхождению являются по существу органическими.

Кремень или кремнезем, каким бы твердым и труднообрабатываемым он ни был, тем не менее способен в определенной степени растворяться в воде и даже принимать при определенных обстоятельствах студенистое или вязкое состояние. Поэтому некоторые горячие источники в значительной степени пропитаны кремнеземом; он присутствует в небольшом количестве в морской воде; и есть основания полагать, что в очень незначительной пропорции он должен присутствовать практически во всех телах пресной воды. Именно из этого растворенного в воде кремнезема многие животные и некоторые растения способны строить для себя кремнистые скелеты; и мы обнаруживаем, что эти животные и растения достаточно многочисленны и были таковыми в прошлом, чтобы привести к образованию весьма значительных отложений кремнистого вещества путем простого накопления их скелетов. Среди животных, требующих особого упоминания в этой связи, следует назвать микроскопические организмы, известные натуралистам как Polycystina. Эти маленькие существа находятся на низшей ступени организации, очень близкородственны животным, о которых мы говорили ранее как о фораминиферах, но отличаются тем, что выделяют раковину или скелет, состоящий из кремня, а не из извести. Polycystina обильно встречаются в наших современных морях; их раковины в некотором количестве присутствуют в иле, который обнаруживается на больших глубинах в Атлантическом и Тихом океанах, легко распознаваясь по своей изысканной форме, стекловидному прозрачному виду, общему наличию более длинных или коротких шипов и ситовидным перфорациям в стенках. Как на Барбадосе, так и на Никобарских островах встречаются геологические формации, состоящие из кремнистых скелетов этих микроскопических животных; отложения в первой из указанных местностей достигают большой мощности и давно известны исследователям, работающим с микроскопом, под названием «барбадосская земля» (рис. 15).

В дополнение к производящим кремень животным, у нас есть также большая группа пресноводных и морских микроскопических растений, известных как диатомеи (Diatoms), которые также выделяют кремнистый скелет, часто отличающийся большой красотой. Скелеты диатомей в изобилии встречаются в наши дни в озерных отложениях, гуано, иле эстуариев и в грязи, покрывающей многие части морского дна; они были обнаружены в стратах очень древнего возраста; и, несмотря на свои микроскопические размеры, они нередко накапливались, образуя отложения большой мощности и значительного поверхностного распространения. Так, знаменитое отложение «триполи» («Polir-schiefer») в Богемии, широко используемое в качестве полировального порошка, состоит целиком или почти целиком из кремнистых панцирей диатомей, которых, по расчетам, насчитывается не менее сорока одного миллиарда в одном кубическом дюйме камня. Другим знаменитым отложением является так называемая «инфузорная земля» Ричмонда в Вирджинии, где имеется пласт местами мощностью в тридцать футов, состоящий почти целиком из микроскопических раковин диатомей.

Конкреции или слои кремня, или нечистой разновидности кремня, известной как роговик (chert), встречаются в известняках почти всех возрастов, начиная с силурийского и выше; но они особенно обильны в мелу. Когда эти кремни исследуются в тонких и прозрачных срезах под микроскопом или в полированных шлифах, обнаруживается, что они содержат обилие мельчайших органических тел — таких как фораминиферы, спикулы губок и т. д., — заключенных в кремнистую основу. Во многих случаях кремень содержит более крупные организмы, такие как губка или морской еж. Поскольку кремень полностью окружил и пропитал содержащиеся в нем окаменелости, очевидно, что он должен был отложиться из морской воды в студенистом состоянии, а впоследствии затвердеть. Известно, что кремнезем способен принимать это вязкое и растворимое состояние; и образование кремня поэтому можно рассматривать как результат отделения кремнезема от морской воды и его отложения вокруг какого-либо органического тела, находящегося в состоянии химического изменения или распада, точно так же, как образуются конкреции фосфата извести или карбоната железа. Существование многочисленных органических тел в кремне известно давно; но следует добавить, что недавний наблюдатель (г-н Хокинс Джонсон) утверждает, что существование органической структуры может быть продемонстрировано с помощью соответствующих методов обработки даже в самой матрице или основе кремня.

[Сноска 6: Утверждалось, что кремни мела — это просто ископаемые губки. Однако никакое объяснение происхождения кремня не может быть удовлетворительным, если оно не охватывает происхождение роговика почти во всех крупных известняках, начиная с силурийского и выше, а также распространенное явление окремнения органических тел (таких как кораллы и раковины), которые, как известно с уверенностью, были изначально известковыми.]

В дополнение к отложениям, образованным самим кремнем, существуют и другие кремнистые отложения, образованные определенными силикатами, также имеющие органическое происхождение. А именно, наблюдениями, проведенными в наших современных морях, было показано, что раковины фораминифер склонны к полной инфильтрации силикатами (такими как «глауконит», или силикат железа и калия). Если сама известковая раковина растворяется после этой инфильтрации — что также может произойти, — то вместо раковин фораминифер мы получаем соответствующее количество зеленых песчаных зерен глауконита, причем каждое зерно является слепком одной раковины. Таким образом, было показано, что зеленый песок, покрывающий морское дно в определенных местах (как обнаружила экспедиция «Челленджера» вдоль линии течения Агульяс), на самом деле является органическим и состоит из слепков раковин фораминифер. Задолго до того, как были сделаны эти наблюдения, профессор Эренберг показал, что зеленые пески различных геологических формаций состоят главным образом из внутренних слепков раковин фораминифер, и таким образом мы имеем еще один очень интересный пример того, как горные отложения значительного распространения и геологического значения могут быть созданы деятельностью мельчайших живых существ.

Что касается аргиллитовых отложений, содержащих глинозем или глину в качестве основного ингредиента, нельзя сказать, что хоть какие-то из них были действительно доказаны как имеющие органическое происхождение. Однако недавнее наблюдение сэра Уайвилла Томсона делает вполне вероятным, что некоторые из крупных аргиллитовых накоплений прошлых геологических периодов могут быть действительно органическими. Этот выдающийся наблюдатель во время плавания «Челленджера» показал, что известковый ил, о котором уже говорилось как о покрывающем большие площади дна Атлантического и Тихого океанов на больших глубинах и состоящем почти целиком из раковин фораминифер, на еще больших глубинах сменяется красным илом, состоящим из тончайшей глинистой грязи, окрашенной оксидом железа и лишенной следов органических тел. Поскольку существование этого широко распространенного красного ила в открытом океане и на таких больших глубинах нельзя объяснить предположением, что это осадок, принесенный в море реками, сэр Уайвилл Томсон пришел к выводу, что он, вероятно, образовался в результате воздействия морской воды на раковины фораминифер. Эти раковины, хотя и состоят главным образом из извести, также содержат определенную долю глинозема, причем первая растворима в угольной кислоте, растворенной в морской воде, тогда как вторая нерастворима. Далее, по-видимому, есть основания полагать, что растворяющая способность морской воды по отношению к извести значительно возрастает на больших глубинах. Если, следовательно, мы предположим, что раковины фораминифер отлагаются на дне Тихого океана, то на определенных глубинах они останутся неизменными и будут накапливаться, образуя известковый ил; но на больших глубинах вода будет воздействовать на них, известь будет вымываться, их форма исчезнет, и у нас останется просто небольшое количество глинозема, которое они содержали ранее. Со временем этот глинозем накопится, образуя пласт глины; и поскольку эта глина была непосредственно получена в результате разложения раковин животных, она вполне заслуженно может считаться органическим отложением. Хотя гипотеза сэра Уайвилла Томсона по этому вопросу еще окончательно не установлена, она представляет величайший интерес для палеонтолога, поскольку, возможно, служит для объяснения наличия, особенно в более древних формациях, крупных отложений аргиллитового материала, которые полностью лишены следов жизни.

В этой связи остается лишь кратко рассмотреть горные отложения, в которых углерод присутствует в большем или меньшем количестве. В подавляющем большинстве случаев, когда породы содержат углерод или углеродистое вещество, можно с уверенностью утверждать, что это вещество имеет органическое происхождение, хотя оно не обязательно происходит от растений. Углерод, полученный в результате разложения тел животных, встречается нередко; хотя он никогда не встречается в таком количестве из этого источника, как в тех случаях, когда он происходит от растений. Так, многие известняки более или менее сильно битуминозны; знаменитые кремнистые плиты или так называемые «битуминозные сланцы» Кейтнесса пропитаны маслянистым веществом, по-видимому, происходящим от разложения многочисленных рыб, заключенных в них; силурийские сланцы, содержащие граптолиты, но лишенные растений, нередко бывают «антрацитовыми» и содержат небольшой процент углерода, полученного в результате распада этих зоофитов; тогда как нефть, так широко добываемая в Северной Америке, имеет, вероятно, животное происхождение. То, что жировые соединения, присутствующие в телах животных, должны более или менее широко пропитывать ископаемые горные массы, вполне ожидаемо; но основная масса углерода, хранящегося в земной коре, происходит от растений; и форма, в которой он преимущественно проявляется, — это уголь. Нам еще предстоит снова и более подробно поговорить об угле, и здесь достаточно сказать, что все настоящие угли, антрациты и лигниты имеют органическое происхождение и состоят главным образом из остатков растений в более или менее измененном состоянии. Битуминозные сланцы, которые так часто встречаются в ассоциации с пластами угля, также получают свой углерод прежде всего от растений; то же самое, безусловно или вероятно, верно и для подобных сланцев, которые, как известно, встречаются в формациях моложе каменноугольного периода. Наконец, углерод может встречаться как заметный компонент горных масс в форме графита или черного свинца. В этой форме он встречается в виде отдельных чешуек, жил или прожилок, а иногда и правильных слоев; и нет сомнений, что во многих случаях он имеет органическое происхождение, хотя это и не поддается прямому доказательству. Во всяком случае, когда он присутствует в количестве и в форме слоев, связанных со стратифицированными породами, как это часто бывает в Лаврентийской формации, нет оснований сомневаться в том, что он имеет растительное происхождение и является измененным углем.

[Сноска 7: В Гуронской формации у Стил-Ривер, на северном берегу озера Верхнее, существует пласт углеродистого вещества, который регулярно залегает между окружающими породами и имеет мощность от 30 до 40 футов. Химический анализ показывает, что этот пласт содержит около 50 процентов углерода, частично в форме графита, частично в форме антрацита; и нет сомнений, что это действительно пласт «метаморфизованного» угля.]

ГЛАВА III.

ХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИСКОПАЕМЫХ ПОРОД.

Физический геолог, который имеет дело с породами просто как с породами и который не обязательно беспокоится о том, какие окаменелости они могут содержать, обнаруживает, что стратифицированные отложения, составляющие столь значительную часть видимой части земной коры, не свалены в кучу беспорядочно, а имеют определенное упорядоченное расположение. В каждой стране, которую он исследует, он обнаруживает, что определенные группы страт лежат выше определенных других групп; и, сравнивая разные страны друг с другом, он находит, что в основном одни и те же группы пород всегда находятся в одном и том же относительном положении друг к другу. Поэтому физический геолог может расположить известные стратифицированные породы в последовательный ряд групп или «формаций», имеющих определенный порядок. Установление этого физического порядка среди пород, однако, сразу вводит элемент времени, и физическая последовательность страт может быть непосредственно преобразована в историческую или хронологическую последовательность. Это очевидно, если мы задумаемся о том, что любой пласт или набор пластов осадочного происхождения ясно и необходимо моложе всех страт, на которых он покоится, и старше всех тех, которыми он перекрывается.

Таким образом, можно, обратившись только к самим породам, определить в каждой стране общую физическую последовательность страт, и это «стратиграфическое» расположение, будучи однажды определенным, дает нам относительный возраст последовательных групп. Однако задача физического геолога в этом вопросе значительно облегчается, когда он призывает на помощь палеонтологию и изучает свидетельства окаменелостей, заключенных в породах. Таким образом, не только гораздо легче определить порядок последовательности страт в любом данном регионе, но теперь впервые становится возможным с уверенностью и точностью сравнить порядок последовательности в одном регионе с тем, который существует в других, далеко отстоящих регионах. Ценность окаменелостей как критериев относительного возраста осадочных пород зависит от того факта, что они не рассеяны в земной коре неопределенно или беспорядочно — как можно было бы предположить. Напротив, первый и наиболее твердо установленный закон палеонтологии гласит, что определенные виды окаменелостей ограничены определенными породами, а определенные группы окаменелостей ограничены определенными группами пород. Окаменелости, таким образом, являются отличительными признаками пород, в которых они найдены — фактически, гораздо более отличительными, чем просто минеральный характер породы, ибо он обычно меняется по мере того, как формация прослеживается из одного региона в другой, тогда как окаменелости остаются неизменными. Поэтому для палеонтолога было бы вполне возможно, обратившись только к окаменелостям, расположить ряд осадочных отложений в стопку страт, имеющих определенный порядок. Это было бы не только возможно, но и обнаружилось бы — если бы было привлечено достаточно знаний с обеих сторон, — что палеонтологическое расположение страт совпало бы в своих деталях со стратиграфическим или физическим расположением.

К счастью для науки, между палеонтологом и физическим геологом нет такого разделения, как предполагалось здесь; но благодаря совместным исследованиям тех и других удалось разделить всю серию стратифицированных отложений на ряд определенных групп пород или формаций, которые имеют признанный порядок последовательности и каждая из которых характеризуется наличием совокупности органических остатков, не встречающихся в ассоциации ни в какой другой формации. Такая совокупность окаменелостей, характерная для любой данной формации, представляет собой жизнь того конкретного периода, в который была отложена формация. Таким образом, прошлая история Земли разделяется на ряд последовательных жизненных периодов, каждый из которых соответствует отложению определенной формации или группы страт.

В то время как определенные совокупности органических форм характеризуют определенные группы пород, можно далее сказать, что в общем смысле каждое подразделение каждой формации имеет свои собственные специфические окаменелости, по которым оно может быть распознано квалифицированным специалистом в области палеонтологии. Когда, например, мы встречаем примеры окаменелостей, известных как граптолиты, мы можем быть уверены, что имеем дело с силурийскими породами (не принимая во внимание одну или две формы, сомнительно отнесенные к этому семейству). Мы можем, однако, пойти гораздо дальше этого с полной уверенностью. Если граптолиты принадлежат к определенным родам, мы можем быть совершенно уверены, что имеем дело с нижнесилурийскими породами. Более того, если присутствуют определенные особые формы, мы можем даже сказать, к какому именно подразделению нижнесилурийской серии они принадлежат.