I.2.2. Биостратиграфические (палеонтологические) методы

Более надежными методами определения относительного возраста отложений и корреляции последних на больших территориях являются палеонтологические методы, основанные на использовании ископаемых остатков организмов.

В основе палеонтологических методов лежит принцип последовательной смены неповторяющихся в разрезах фаунистических и флористических комплексов, отражающих этапность их исторического развития. Преимущества этих методов стратиграфии перед другими состоит в том, что они базируются на одном из основных положений эволюционной теории - неповторяемости эволюции.

Необратимость эволюционного процесса впервые установил Ч. Дарвин. Он указал, что исчезнувший вид никогда не может появиться снова. Бельгийский ученый Л. Долло в 1893 г. положение о необратимости эволюции выдвинул в качестве закона эволюции, согласно которому организм не может вернуться хотя бы частично к прежнему состоянию, которое было уже осуществлено в ряду его предков.

Исходя из закона необратимости эволюции Дарвина - Долло каждый комплекс ископаемых остатков организмов, приуроченный к тому или иному слою, отражает определенный этап развития органического мира и является неповторимым. Это и дает возможность использовать ископаемые остатки организмов для определения относительного возраста горных пород.

В основе палеонтологических методов лежит также явление широкого пространственного распространения ископаемых остатков организмов, что позволяет осуществлять корреляцию разрезов отдаленных друг от друга областей. Широкое пространственное распространение отдельных групп организмов связано с большой скоростью их расселения па поверхности Земли. Время, необходимое для расселения организмов в геологических масштабах практически ничтожно при условии, если организмы не встречают на своем пути различного рода препятствий.

Определение возраста горных пород (их датировка) производится путем сравнения окаменелостей из этих пород с теми, которые встречаются в опорном разрезе.

Ценность для биостратиграфии отдельных групп ископаемых остатков организмов далеко не одинакова. Она определяется распространением этих групп во времени и в пространстве, степенью приуроченности к определенным типам пород, частотой встречаемости в горных породах и темпами их эволюции. В связи с этим, выделяют архистратиграфические (ортостратиграфические) и парастратиграфические группы вымерших организмов. Архистратиграфические группы, характеризующиеся быстрой эволюцией, широким распространением и независимостью от фаций, к которым относят, например, конодонты, гониатиты, аммониты, граптолиты, планктонные фораминиферы и др., позволяют проводить не только детальное расчленение разреза, но и не менее детальную корреляцию со стратотипическими разрезами. Это, как правило, нектонные и планктонные организмы, скелеты которых могут захоронятся на любом участке морского дна, независимо от осадка. К парастратиграфическим грyппам относят, как правило, бентосные организмы, например, брахиоподы, кораллы, мшанки и др., которые благодаря тесной связи с определенными типами осадков в разных районах образуют различные по cocтаву ассоциации.

Биостратиграфическое расчленение частных разрезов производят путем анализа распространения в них отдельных таксонов вымерших организмов или их комплексов. Наиболее простой моделью является следующая: в каждом последовательно сменяющемся слое содержится свой вид - «а», «6», «в». Поэтим видам выделяют биостратиграфические подразделения А, Б, В, границы которых совпадают с границами слоев или пачек (рис. 7,а). Однако чаще наблюдается несовпадение границ распространения отдельных видов или комплексов с границами слоев, что отражается и в несовпадении биостратиграфических или литологических границ (см. рис. 7,б). Какие же существуют критерии проведения границ биостратиграфических подразделений? Одни исследователи провидят их по появлению новых таксонов (вида, или группы видов), другие -по исчезновению старых, третьи считают границы, проведенные по появлению или исчезновению таксонов, paвноценными (рис. 8,а). В геологической практике часто отдают предпочтение той границе, которая совпадает с литологической, хотя такая граница с биостратиграфических позиций может оказаться менее обоснованной (см. рис. 8,б), чем другие. Первостепенное значение приобретает та граница, которая проведена по появлению видов в одной филогенетическом ряду, т. е. видов, имеющих прямую родственную связь с видами из подстилающих слоев (рис. 8,в).

Существует несколько биостратиграфических методов определения возраста горных парод.

Метод руководящих форм.

Руководящими формами называют остатки вымерших животных и растений, которые отвечают определенным требованиям: они должны иметь небольшое вертикальное распространение по разрезу пород, но широкое в горизонтальном направлении (географическое), встречаться в слоях в достаточно большом количестве экземпляров, иметь хорошую сохранность и характерные особенности строения, позволяющие легко их определять. Обычно руководящие формы приурочены только к определенному слою, поэтому по ним легко определить относительный возраст слоя, в котором они находятся.

Этот метод является первым палеонтологическим методом, который был введен в стратиграфию. Он возник на рубеже XVIII и XIX веков и был впервые применен У. Смитом при расчленении и корреляции юрских отложений Англии. Научное обоснование этот метод получил в середине прошлого столетия, когда немецкий палеонтолог Г. Бронн ввел понятие о руководящих формах и составил первый атлас руководящих форм беспозвоночных.

Можно назвать многие виды вымерших организмов (конодонтов, аммонитов, белемнитов, брахиопод, граптолитов, трилобитов, фораминифер), которые отвечают всем перечисленным выше требованиям.

Сущность метода руководящих форм состоит в том, что из общего количества окаменелостей, встреченных в определенном слое разреза, выбирают один или 2-3 характерных для этого слоя видов, которые отвечают указанным выше требованиям. Эти виды и будут руководящими формами для рассматриваемого слоя. Согласно этому методу одновозрастными будут слои, содержащие идентичный или близкий состав руководящих форм.

Рассматриваемый методпрост и поэтому с момента своего появления нашел широкое применение; его используют и в настоящее время для определения возраста горных пород и корреляции разрезов. Но он не лишен недостатков, которыебыли замечены еще в прошлом столетии. Представление о там, что руководящие формы имеют почти повсеместное (космополитное) распространение независимо от условий обитания, оказалось неверным, оно пришло в глубокое противоречие с данными биологической науки о тесной связи организма с окружающей средой. Любой организм обитает в определенных физико-географических условиях, поэтомупространственное распространение отдельных видов далеко не одинаково. Одни виды имеют очень широкое распространение (космополиты), другие - весьма ограниченное (эндемики).

В природе не существует абсолютных космополитов, так как ни один вид не может одновременно обитать на континентах и в морях. Даже в пределах одного континента или морского бассейна в силу большого разнообразия условий один и тот же вид не может существовать повсеместно. Таким образом, каждый вид имеет более или менее ограниченную площадь своего распространения (ареал).

Несостоятельным оказалось и второе положение, лежащее в основе метода руководящих форм - приуроченность их во всехрайонах к одному и тому же стратиграфическому уровню. Это положение предусматривает повсеместное одновременное появление и вымирание руководящих форм. Как известно, один и тот же вид не может возникнуть сразу во многих районах земной поверхности. Он появляется на одном участке, а затем расселяется в другие районы. Однако скорость расселения организма зависит не только от его способности к перемещению, но и в значительной мере от возможности преодолевать различные препятствия, встреченные на путях миграции.

Препятствия могут быть биологические (например, отсутствие пищи) и физические. Для наземных животных и растений физическими препятствиями являются обширные пространства морей, неблагоприятный климат и непреодолимые элементы рельефа (например, высокие горные хребты); для морских - участки суши (материки, острова), морские течения с неблагоприятной температурой, глубоководные впадины (для бентосных организмов) и т. д. Изменение физико-географической обстановки способствует заселению организмами новых районов, поэтому руководящий вид может занимать в разных районах различное стратиграфическое положение и в таком случае, разновозрастные отложения с одинаковыми руководящими формами могут быть ошибочно приняты за одновозрастные.

Нельзя не учитывать также и другие явления, осложняющие применение метода руководящих форм. Одним из них является рекурренция, т. е. присутствие одних и тех же руководящих форм или целых комплексов в различных стратиграфических горизонтах. Явление рекурренции связано с миграцией организмов из района первоначального обитания в связи с изменившимися условиями в смежные районы и возвращением их через некоторый промежуток времени на старое место обитания, где к этому моменту восстановились благоприятные условия. Поэтому использование при определении геологического возраста и корреляции только руководящих форм без учета сопутствующего комплекса ископаемых остатков организмов мажет привести к грубым ошибкам в стратиграфических выводах.

Метод анализа фаунистических и флористических комплексов.

В отличие от метода руководящих форм при анализе фаунистических и флористических комплексов используют весь палеонтологичecкий материал или определенные группы вымерших организмов. Одно из важных преимуществ этого метода состоит в том, что корреляция и выводы о геологическом возрасте базируются не на единичных, иногда случайно выбранных формах (видах), а на совокупности всех форм выбранной группы или различных групп организмов. Важно также и то, что данные о возрасте, полученные при анализе комплекса одной группы организмов, можно контролировать по другим группам; это снижает вероятность ошибки. Поэтому метод комплексов нашел широкое практическое применение и в настоящее время является основным при биостратиграфических исследованиях.

Комплексная зона – совокупность слоёв, охарактеризованных комплексом древних организмов, отличным от комплексов вмещающих отложений.

Биозона (зона распространения) -совокупность слоёв, охватывающих полный стратиграфический интервал распространения какого-либо палеонтологического таксона.

Акмезона (эпиболь, тельзона, зона расцвета) – слои, в которых какой-либо таксон достигает максимума встречаемости.

Зона совместного распространения (конкурентно-ранговая зона) – слои, отвечающие совпадающим частям интервалов стратиграфического распространения двух или более выбранных таксонов.

Интервал-зона – слои, заключённые между первым появлением какого-либо характерного таксона (обычно вида-индекса) данной зоны и первым появлением какого-либо характерного таксона (обычно вида-индекса) вышележащей зоны в пределах непрерывной последовательности.

Филозона (эволюционная зона) – слои, в которых распространён таксон (таксоны), представляющий собой отрезок конкретной филогенетической линии или тенденции развития этой линии.

При анализе комплексов форм вымерших организмов могут быть

выделены (рис. 10):

1) формы, встречающиеся только в данном слое и не переходящие его границы (11, 2), эти формы являются руководящими; как правило, они составляют небольшой процент в составе комплекса, но имеют наибольшее стратиграфическое значение;

2) формы, появляющиеся в подстилающем слое и исчезающие в вышележащем (3), но в данном слое встречающиеся часто и в большом количестве; время существования этих форм длительное, но время их расцвета совпадает со временем формирования данного слоя; такие формы называют характерными, или контролирующими;

3) формы, впервые появившиеся в данном слое и переходящие в вышележащие слои (4, 5, 6); по таким формам обычно проводится нижняя граница стратиграфического подразделения;

4) формы, заканчивающие свое существование во время формирования изучаемого слоя и обычно приуроченные к его нижней части (7, 8, 9); такие формы называются доживающими и; они имеют гораздо меньшее значение, чем предыдущие, кроме форм, определяющих верхнюю границу (7);

5) формы, имеющие широкое вертикальное распространение, т. е встречающиеся в нескольких слоях (11, 12), называют транзитными; для определения возраста они не пригодны.

При анализе комплексов данного стратиграфического подразделения следует учитывать также формы, исчезнувшие у его нижней границы (10) и появившиеся у верхней (I3). Они, как правило, четко фиксируют эти границы, что наряду с другими признаками комплексов определяет объем изучаемого подразделения.

Таким образом, каждое стратиграфическое подразделение содержит свойственный только ему комплекс форм, позволяющий надежнее, чем по отдельным формам, определять геологический возраст и устанавливать границы этого подразделения. Каждый фаунистический или флористический комплекс неповторим в разрезе, так как эволюция органического мира необратима.

Эволюционный (филогенетический) метод.

Определение относительного возраста слоев, расчленение и корреляцию разрезов при помощи этого метода производят по уровню эволюционного развития выбранной группы форм (рода, семейства и т. д.).

Основоположником эволюционного метода является крупный русский ученый В.О. Ковалевский. Будучи последователем учения Ч. Дарвина, он указывал, что вымершие организмы представляют собой исчезнувшие звенья общей цепи эволюционного развития органического мира на Земле.

В процессе эволюции непрерывно увеличивается разнообразие как животных, так и растений, усложняется и усовершенствуется их организация. В силу необходимости организмы вынуждены приспосабливаться к той среде, в которой они обитают, и это привадит со временем к изменению их физиологических и морфологических особенностей. Постепенное накопление новых признаков в конечном итоге обуславливает появление новых таксонов (видов, родов).

В задачу эволюционного метода входит установление родственных связей между организмами выбранной группы, т. е. установление их исторического развития или филогенеза. Как правило, новые таксоны, т. е. формы-потомки, стоят на более высокой ступени эволюционного развития, чем их предки, и обычно находятся в более молодых отложениях.

Для того чтобы установить филогенез любой изучаемой группы, необходимо выяснить, когда появились входящие в эту группу организмы, в течение какого времени они существовали, кто из них были предками, а кто потомками. Иначе говоря, необходимо выяснить их родословную. Ответ на первые два вопроса можно получить из стратиграфического разреза путем установления вертикального распространения этих организмов. Восстановление же родственных связей более сложная задача, так как в ископаемом состоянии сохраняется не весь организм, а талько его скелет или отдельные части скелета; нередко бесследно исчезают отдельные звенья филогенетического ряда.

Выявленные родственные связи можно изобразить в виде схемы филогенетических взаимоотношений.При расчленении разрезов особое внимание следует обратить на момент появления новых видов, что позволяет определять границы выделяемых стратиграфических подразделений.

Как мы видели, в предыдущих методах учитывается простое нахождение форм или их комплексов в тех или иных слоях. Рассматриваемый метод определяет эволюционное положение этих форм, закономерно обусловленное развитием той группы организмов, к которой они принадлежат. Поэтому он является более точным, научна обоснованным и ведущим в биостратиграфии.

Разработав филогенез какoй-либо группы организмов, можно расчленить отложения по уровню развития заключенных в них форм. Так, крупные этапы развития аммоноидей положены в основу расчленения палеозойских и мезозойских отложений (гониатиты - девон - пермь, цератиты - пермь - триас, аммониты - юра и мел).

К основным недостаткам метода относится сложность его применения, связанная с неполнотой палеонтологической летописи (отсутствие остатков организмов в отдельных слоях стратиграфического разреза или отсутствие самих слоев).

В природе широко развито явление конвергенции, т. е. схождения признаков. При этом у разных групп организмов, не связанных родственными отношениями, в результате существования в близких условиях и сходного образа жизни возникают подобные морфологические признаки. Так, например, такие далекие в родственном отношении организмы, как археоциаты, губки и кораллы, имеют сходную, кубкообразную форму скелета.

Использование микропалеонтологических объектов в биостратиграфии

Процентно-статистический метод.

Был введен в стратиграфию Ч. Лайелем в XIX столетии и широко применялся до З0-х годов XX века. Ч. Лайель применил процентно-статистический метод для стратиграфического расчленения и корреляции кайнозойских отложений Западной Европы. Определение относительного возраста того или иного слоя основывалась на подсчете процентного содержания общих видов с эталонным, детально изученным разрезом близких по возрасту отложений. Одновозрастными с эталонными считались те слои, которые содержали наибольший процент общих видов.

Несмотря на все преимущества палеонтологических методов, они не могут считаться универсальными. Немалый процент в составе земной коры составляют метаморфические, интрузивные и эффузивные породы, не содержащие ископаемые остатки организмов. Даже среди осадочных пород нередко встречаются толщи, лишенные ocтатков организмов, или, как их называют, палеонтологически «немые». Для определения относительного возраста таких отложений палеонтологические методы неприменимы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: