Палеонтологические (биостратиграфические) методы.

Базируются на широком использовании ископаемых органических остатков. Органический мир Земли непрерывно и необратимо изменялся, поэтому каждому отрезку геологического времени отвечают только для него характерные растения и животные. Следовательно, одновозрастные отложения содержат сходные комплексы органических остатков. Поэтому слои можно сравнивать по их палеонтологической характеристике. В основе палеонтологических методов лежит закон Л. Долло о необратимости эволюции органического мира. Организм никогда не сможет вернуться к предковому состоянию, даже если он окажется в условиях, близких к таковым обитания предков. Другими словами, в истории развития организмов не может быть одинаковых животных и растений. Исчезнувший по тем или иным причинам вид никогда не может появиться вновь. Закон необратимости эволюционного процесса впервые установил Ч. Дарвин. Согласно этому закону каждый комплекс ископаемых органических остатков, встречающихся в том или ином слое, отражает определённый этап развития органического мира и является неповторимым. Кроме того, в основе биостратиграфических методов лежит явление широкого пространственного распространения ископаемых остатков организмов. Это позволяет проводить корреляцию разрезов удалённых друг от друга регионов. Такими, например, являются ордовикские и силурийские граптолиты, мезозойские аммониты, палеогеновые нуммулиты. Это обычно пелагические планктонные и нектонные формы, с большой скоростью расселяющиеся по поверхности Земли. Определение возраста толщи горных пород и отнесение её к той или иной стратиграфической единице проводится путём сравнения найденных остатков с теми, которые встречаются в опорном или стратотипическом разрезе.

Значение различных групп фауны для биостратиграфии неодинаково (рис. 1.4). Есть группы, позволяющие проводить планетарные корреляции. Это преимущественно пелагические формы, быстро расселяющиеся по Мировому океану. Они характеризуются быстрой эволюцией, широким распространением, независимостью от осадка и называются архистратиграфическими. Другие группы, главным образом донные организмы, распространяются в личиночной стадии, связаны с определёнными типами осадков (мшанки, кораллы, брахиоподы) и называются парастратиграфическими. Они менее пригодны для широких корреляций, но играют важную роль в биостратиграфии регионов. Деление условно и зависит от уровня наших знаний. К парастратиграфическим группам относились радиолярии и конодонты, но с началом использования электронной микроскопии и детального изучения их строения они стали архистратиграфическими группами.

При исследованиях закрытых районов с использованием буровых скважин огромное значение приобретают микроскопические органические остатки - микрофоссилии. К ним относятся раковины и скелеты мелких животных (фораминифер, радиолярий, остракод), некоторые водоросли (кокколитофориды, диатомовые и некоторые другие), спора и пыльца высших растений, мелкие фрагменты скелета (конодонты, чешуйки рыб) спороморфные и другие биогенные образования. Характерными особенностями микроорганизмов являются: 1 – малые размеры, что позволяет извлекать их из небольших обломков; 2 – большое число экземпляров в них; 3 – распределение микроорганизмов по всему разрезу.

При изучении микропалеонтологических объектов используют особые методы извлечения их из породы, которая дробится, измельчается, растворяется в щелочах или кислотах. Затем полученные остатки изучаются под бинокуляром, микроскопом, в том числе и электронным. Особое значение имеет споро-пыльцевой анализ, объектом которого являются микроскопические оболочки спор и пыльцы растений. Вещество из спор и пыльцы очень устойчиво и прекрасно сохраняется в ископаемом состоянии. Небольшие размеры и малый вес позволяют разносить споры и пыльцу на громадные расстояния, и она может встречаться как в морских, так и континентальных отложениях.

Научно-технический прогресс за последнее время оказал заметное влияние на развитие палеонтологии. Новые приборы и аппаратура позволили усовершенствовать способы извлечения из горных пород органических остатков и методы их изучения. Всё больше групп организмов привлекается на службу биостратиграфии. Для определения возраста пород используется ряд методов.

Метод руководящих ископаемых является первым палеонтологическим методом, введённым в стратиграфию на рубеже XVIII и XIX веков. Его сущность состоит в том, что одновозрастными считаются отложения с одинаковыми руководящими формами. Сыграл выдающуюся роль в выделении систем и ярусов на всех континентах. Руководящими считаются органические остатки, имеющие широкое горизонтальное и узкое вертикальное распространение, т. е. существовали короткий промежуток времени, но успели расселиться на значительной территории и в большом количестве. Они должны встречаться часто и быть легко распознаваемыми. Из общего количества окаменелостей, встреченных в определённом слое разреза, выбирают один, два или три характерных для этого слоя видов, отвечающих указанным требованиям. Эти виды и будут руководящими, а слои, их содержащие – одновозрастными. Так, например, аммонит Cadoceras elatmae характерен для келловейского яруса юрской системы, Cardioceras cordatum – для оксфордского яруса верхней юры, трилобит Obolus apolines Eichwald – для тремадокского яруса ордовика.

Однако метод имеет ограничения, которые были замечены ещё в позапрошлом веке. Представления о том, что руководящие формы могут быть распространены почти повсеместно, ошибочны, поскольку жизнь всех видов связана с определёнными условиями обитания, а один и тот же организм не может жить одновременно на суше и в море. Он не может возникнуть сразу во многих районах земной поверхности, а появляется в одном месте, а затем расселяется на обширных пространствах. При этом могут быть препятствия, иногда непреодолимые. Тогда вид будет эндемичным, в отличие от широко распространённых космополитичных. Так, в силуре юга Сибири и Монголии многочисленны находки брахиопод тувелл (Tuvaella).Здесь они являются руководящими, занимая определенный интервал разреза, но провести по ним корреляцию с разрезами других регионов невозможно из-за локального распространения этих форм. Для расселения организмов требуется время. Поэтому один руководящий вид может занимать в разных районах разное стратиграфическое положение, и в таких случаях разновозрастные отложения могут быть приняты за одновозрастные.

При использовании метода надо учитывать явление реккуренции, т.е. присутствие одних и тех же форм и даже комплексов в различных стратиграфических горизонтах. Оно связано с миграцией организмов из районов первоначального обитания в связи изменившимися условиями (неблагоприятными) и возвращением этих форм через какое-то время на старые места, где снова возникли благоприятные возможности для жизни. Это показано на рис. 1.5.

Метод комплексного анализа заключается в выяснении распределения всех палеонтологических форм в разрезах, установлении смены комплексов и прослеживании их от разреза к разрезу. Метод хорошо иллюстрируется на графиках. Для этого названия форм располагают в общем списке окаменелостей в порядке их появления, отмечая линиями интервал, на котором встречается каждая форма. На получившемся графике «лесенке» показывают смену комплексов (рис. 1.6). При анализе форм могут быть выделены:

1. Формы, встречающиеся только в данном слое, обычно немногочисленные. Они являются руководящими и имеют наибольшее стратиграфическое значение.

2. Формы, появляющиеся в подстилающем и исчезающие в перекрывающем слоях. В изучаемом слое они встречаются в большом количестве. Время их расцвета совпадает с временем формирования данного слоя. Такие формы называют характерными или контролирующими. По ним проводится верхняя граница слоя.

3. Формы, впервые появившиеся в данном слое и переходящие выше. По ним проводится нижняя граница стратиграфического подразделения.

4. Формы, доживающие и заканчивающие своё существование в данном слое. Они наиболее многочисленны у нижней границы слоя.

5. Формы транзитные, с широким вертикальным распространением, но не имеющие значения для стратиграфии данного слоя.

Нужно также учитывать формы, исчезнувшие у нижней границы слоя и появившиеся у верхней. Это даёт возможность чётко фиксировать границы слоя, надёжно определять его объём. Метод наиболее достоверный, так как каждое стратиграфическое подразделение содержит только ему свойственный комплекс форм, позволяющих надежнее, чем по отдельным формам, определять возраст и устанавливать границы этого слоя.

Эволюционный (филогенетический) метод заключается в выяснении смены родственных организмов во времени. Основоположником метода является русский учёный В.О. Ковалевский. В процессе развития органического мира происходит усложнение форм и совершенствование их организации. Поэтому потомки обычно устроены более прогрессивно, чем предки, и остатки последних должны встречаться в молодых отложениях. Филогенез – это изучение родословной организмов. Чтобы применить метод, надо выяснить филогенез конкретной родственной группы, т.е. когда появились данные организмы, сколько времени существовали, кто и какие были их предки, кто стали потомками, и как они в свою очередь развивались.

При установлении родственных связей пользуются сравнительно-анатомическим и сравнительно-эмбриологическим методами. С помощью первого на основании сходства элементов скелета прослеживается происхождение древних земноводных ихтиостигид от кистепёрых рыб. Применение второго базируется на установлении стадий развития одной особи от зародышевого до взрослого состояния, т.е. её онтогенез – индивидуальное развитие организма. Онтогенез является упрощённым повторением филогенеза (исторического развития предков данной формы). По отдельным, далеко неполным сохранившимся признакам предковых в эмбриональной части изучаемой особи удаётся установить её предков. Сравнительно-эмбриологический анализ можно применять к тем группам вымерших организмов, у которых сохраняются начальные стадии развития (аммониты, брахиоподы, фораминиферы, кораллы). Так, у некоторых аммонитов начальные обороты раковин имеют гониатитовую линию, а последние – аммонитовую. Выявленные родственные связи можно изобразить в виде схемы филогенетических взаимоотношений (рис. 1.7). Разработав филогенез какой-либо группы организмов, можно расчленить отложения по уровню развития заключённых в них форм. Особое внимание при этом следует обратить на момент появления новых видов, что позволит проводить границы выделяемых стратиграфи-

ческих подразделений. Особенно важен метод при сопоста-влении удалённых разрезов. Если в них не окажется общих форм, то корреляция может быть проведена по уровню развития родствен-ных групп организмов.

Количественные методы корреляции основаны на применении математичес-кого аппарата при анализе палеонтологических комплексов и проведении стратиграфического расчленения и корреляции. Впервые применив один из этих методов, Ч. Лайель на основании процентного содержания современных моллюсков в третичных отложениях Западной Европы выделил эоцен, миоцен и плиоцен. Позднее методы стали применять и для расчленения и корреляции более древних отложений. Определение относительного возраста по этим методам основывается на сравнении общих видов изучаемого и эталонного разрезов. Например, в исследуемом слое присутствуют 10% окаменелостей слоя «а», 60 – слоя «б», 5 – такового «в» и 25 – «г». По наибольшему содержанию общих видов изучаемый слой сопоставляется со слоем «б» и они считаются одновозрастными. Слои и пачки сравниваются друг с другом на основании специально разработанных коэффициентов. Однако метод считается формальным, и его применение не раз приводило к ошибкам в стратиграфии. Его надо использовать только вместе с другими биостратиграфическими методами, так как часто одновозрастные, но разнофациальные отложения имеют мало общих форм.