Читайте также:
|
Связана с широким заселением суши высшими растениями и животными. Хотя на суше по-прежнему преобладала (и до сих пор в целом преобладает, хотя теперь появились и автономные восстановительные ландшафты) окислительная среда, в подчинённых ландшафтах всё чаще формируются восстановительные условия. В результате наземная среда стала контрастной по окислительно-восстановительным условиям, возникла окислительно-восстановительная зональность.
Основные изменения в составе атмосферы в этот период были связаны с колебаниями соотношения между свободным кислородом и углекислым газом. Периоды бурного развития наземной растительности сопровождались ростом содержания свободного кислорода, противоположные тенденции вели к увеличению содержания CO2. При втором варианте усиливался парниковый эффект, температура атмосферы повышалась. Соответственно, возрастала испаряемость с поверхности океана и насыщенность атмосферы влагой увеличивалась. Поэтому самые тёплые периоды в истории Земли всегда были самыми влажными. Большее насыщение атмосферы свободным кислородом, наоборот, приводило к похолоданиям и большей сухости климата.
Поздний палеофит (девон, карбон, ранняя пермь – 400-250 млн. лет).
Девонский период часто называют "веком рыб"..
На суше в этот период начинается широкое развитие наземной растительности. В девоне появляется псилофитовая (риниофитовая) флора. Поначалу эти растения они еще очень напоминали водоросли. Ничего похожего на листья они не имели, в связи с чем их и назвали псилофитами ("голыми растениями"). Не было у них и настоящей корневой системы, и потому они не могли селиться далеко от воды. Но начало завоеванию суши было положено.
К концу девона псилофиты сменяются папоротникообразными. Ранний карбон – это время безраздельного господства древовидных плаунов (лепидофитов), папоротников и хвощей. Во второй половине карбона появляются первые голосеменные (кордаитовые), первое время преобладающие в умеренном климате, а потом и повсеместно. Громадные массы древесины скапливались в болотах, образуя залежи торфа, превращавшегося потом в каменный уголь. Очень многие месторождения угля образовались как раз в это время, отсюда и название этого периода - каменноугольный.
Вслед за растениями стали выходить из моря и животные. Первыми, вероятно, были членистоногие, жившие на мелководье и выползавшие на берег, и среди них - гигантские ракоскорпионы. Освоение суши растениями, а затем и членистоногими (одна из их ветвей - распространившиеся повсюду насекомые) обеспечило обилие пищи, за которой стали надолго выходить из воды потомки кистеперых и двоякодышащих рыб. Так на нашей планете появились земноводные. Первую стадию жизни личинки земноводных проводят только в воде. Но более взрослые особи уже осваивают обстановки куда более разнообразные, и, с точки зрения развития биосферы, это - большое достижение. Птиц еще не было, и в воздухе господствовали мухи, величиной с воробья, стрекозы, длиной до 80 см, и другие подобные создания. Это были первые живые существа, освоившие воздушное пространство.
Таким образом, происходило не только качественное развитие, но и расширение биосферы, освоение живым веществом все новых областей обитания. Сначала жизнь развивалась в основном в морях и океанах, потом она овладевает прибрежными и просто хорошо увлажненными частями суши, нижними слоями атмосферы...
Суша раннего-среднего девона – это пустыни. По биомассе и продуктивности. А по характеру процессов физико-химической миграции аналогами современных пустынь были далеко не все. Пустыни девона делились на аридные, семиаридные и гумидные. Аридные пустыни реконструируются по наличию участков, где были развиты процессы засоления. Семиаридные – по отсутствию засоления, при развитии известковистых кор выветривания Гумидные – по отсутствию и засоления, и известковых кор выветривания. Позднее (в результате развития наземной растительности) семиаридные и гумидные пустыни исчезают.
В позднем девоне уже появляются первые палеофитные леса, в которых господствовали папоротникообразные. В раннем карбоне палеофитные влажные тропики распространились очень широко. Сформировались все геохимические классы, аналогичные классам современных тропиков. С этого времени резко интенсифицируется биологический круговорот, возрастают биомасса и продуктивность. Начинается активное накопление углей. В то же время должны были развиться и явления минерального голодания растений, свойственные современным влажным тропикам.
Существовали в это время и леса умеренного климата. Большинство специалистов считает, что арктической флоры в это время ещё не было. Но С.В. Мейен считал ангарскую флору карбона арктической.
Как раз к концу палеозойской эры все материки сближаются и в конце концов образуют единый гигантский суперконтинент - Пангею. В результате столкновения материковых плит вырастают гигантские горные системы, мешающие влажным ветрам с океана проникать во внутренние районы большого материка. В довершение ко всему становится холоднее В конце карбона – начале перми произошло крупное оледенение, одно из крупнейших оледенений в истории Земли. Все меньше остается на ней мест для влажных лесов и их обитателей...
Но то, что было плохо для древовидных папоротников и земноводных, оказалось полезным для новых и более приспособленных форм жизни, а значит - и для эволюции биосферы. В областях прохладного и более сухого климата широко распространяются первые семенные растения - кордаиты. Их предки долго сосуществовали с папоротникообразными, но оставались почти незаметны, а теперь изменение климата дало им шанс выделиться и начать быстро развиваться. В Сибири такая смена растительности произошла в середине каменноугольного периода, в других местах - позднее или наоборот, чуть раньше, но шла она повсеместно.
Следом за новой растительностью распространяются и совершенно новые наземные животные - пресмыкающиеся. Пресмыкающиеся совершеннее земноводных, и потому не только успешно осваивают новые природные обстановки, но и быстро вытесняют земноводных из их привычных мест обитания. Надо только сказать, что пресмыкающиеся, господствовавшие в пермском периоде - это совсем не нынешние змеи и крокодилы или их близкие родственники. По многим чертам пресмыкающиеся пермского времени сходны с современными млекопитающими. Считают даже, что некоторые из этих животных были покрыты шерстью, а, может быть, были и теплокровными.
Мезофит – поздняя пермь, триас, юра, ранний мел (250-100 млн. лет назад).
Граница палеозойской и мезозойской эр - очень важный момент в геологической истории Земли. На этом рубеже происходит всеобщая перестройка направления движений литосферных плит. Завершается формирование Пангеи, следом сменяющееся ее расколом на совсем другие плиты, которые вновь начинают расходиться. В момент этой перестройки буквально через всю Пангею - от края до края - прокатывается волна вулканической активности. Глубокие расколы "вспарывают" всю толщу материковой коры, и на обширных участках суши изливаются глубинные базальтовые лавы.
В это же время происходит самое массовое в истории вымирание многих видов живых организмов. Значительное большинство существовавших к концу палеозоя видов не переживает этот рубеж. Целые группы, процветавшие в палеозойскую эру (например, трилобиты) навсегда исчезают с лица Земли.
Случайно ли это совпадение или же есть какая-то связь перестройки развития земной коры и потрясений в биосфере?
Начало этого этапа – время сильной аридизации большей части континентальных обстановок, явившейся следствием образования единого суперконтинента. Преобладали пустынные ландшафты. Это было неблагоприятно для фотосинтеза, и содержание кислорода в атмосфере несколько уменьшилось. С другой стороны, - росту содержания СО2 в атмосфере могло способствовать резкое увеличение масштабов наземного вулканизма, которым сопровождалось начало распада Пангеи. Ранний триас – это также время резкого минимума углеобразования.
Тогда, в связи с процессом раскола единого суперконтинента Пангея, резко усилилась вулканическая деятельность на поверхности суши. Это, в свою очередь, привело к соответствующему росту содержания в атмосфере газов вулканического происхождения. К этому, а также к последовавшему резкому усилению парникового эффекта, большинство видов животных оказались не приспособлены, и произошло самое массовое из всех вымираний в истории биосферы.
Распад Пангеи на более мелкие континенты в сочетании с парниковым эффектом (ведь чем выше температура – тем интенсивнее испарение) привел к новому увлажнению климата. В результате в юрском периоде очень широко распространились влажные тропики, похожие на современные. Такие условия сохранялись до середины мелового периода.
Папоротникообразные окончательно уступают ведущую роль голосеменным. Формируется мезофитная тайга, в которой преобладают гинкговые и хвойные.
Главная черта развития биосферы в мезозое - это полное и безраздельное господство пресмыкающихся. Из многочисленных животных этого времени наиболее часто говорят и пишут о динозаврах. «Динос» по-гречески - "удивительный", «заврос» - "ящер". Удивительны и их размеры - были ящеры размером с воробья, а были с пятиэтажный дом. Удивительны и формы их тел: диплодока, рыбообразного ихтиозавра, плезиозавра с тюленеобразным телом и длинной, похожей на змею, шеей. Они освоили все природные зоны, существовавшие тогда на Земле, а ведь каждая из природных зон - это особые условия климата, жизни, свои пищевые цепочки.
Широтная климатическая зональность на протяжении большей части мезозойской эры отсутствовала. Причины этого дискуссионны, есть разные точки зрения. Наиболее логичной представляется гипотеза, увязывающей этот факт с расположением континентов, которое тогда не препятствовало доступу тёплых течений в Арктику и Антарктику. Гондвана и Лавразия располагались по берегам теплого океана Тетис. В движениях литосферных плит преобладали процессы расхождения континентов. Не было активного горообразования, рельеф выравнивался. Самыми высокими горами были Уральские. Ничто не мешало переносу тепла от экватора к полюсам Земли. Земля вступила в безледную эпоху.
Таким образом, в мезозое условия на Земле были гораздо менее разнообразны, чем в наше время. Отсутствие широтной зональности привело к тому, что лесные ландшафты были развиты на всех широтах. В том числе и в таких, где на несколько месяцев наступала полярная ночь и одна из основных составляющих биологического круговорота – фотосинтез – должна была прерываться, а другая – интенсивное разложение ОВ во влажном и тёплом климате – протекать по-прежнему. Как это влияло на развитие ландшафта, на поведение населяющих его животных, на характер протекавших здесь химических процессов – пока это целый клубок вопросов, требующих своего изучения.
Кайнофит – поздний мел, кайнозой (100-0 млн. лет назад).
В середине мелового периода происходит крупный эволюционный скачок в развитии растительного мира – появление покрытосеменных растений, которые быстро оттесняют голосеменные на второстепенные роли.
Покрытосеменные растения интенсивнее поглощают многие макро- и микроэлементы. Результат этого – более прогрессивный биологический круговорот, позволяющий успешнее противостоять минеральному голоданию. Особенно важную роль сыграла появившаяся у этих растений способность к поглощению кальция, который после их отмирания стал постепенно накапливаться в почвах и нейтрализовать кислую среду, препятствуя процессам выщелачивания. С этого времени появилась возможность формирования высоко плодородных почв, в которых аккумулированы большие запасы биогеохимической энергии.
С этим же рубежом примерно совпало начало широтной дифференциации климата, а также новое развитие процессов аридизации. Возникают саванны, степи, горные луга, тундры и другие. Животный мир также резко меняется, но по времени это событие со сменой растительности не совпадает и, видимо, связано с другими причинами.
Особняком стоит экологический кризис, возникший на рубеже палеозоя и мезозоя.. Оставаясь приблизительно на одном уровне структурного развития, пресмыкающиеся находили новые места обитания, способы в них жить, источники пищи. для всего этого им не пришлось сильно меняться, т.е. они оказались весьма пластичной группой живых организмов (пластичность - это способность приспосабливаться к условиям существования и занимать разные природные зоны, мало изменяясь или не изменяясь внешне). И не было на теплой, даже вблизи полюсов, земле места, где пресмыкающиеся не могли бы обитать. И не было на теплой, даже вблизи полюсов, земле места, где пресмыкающиеся не могли бы обитать. Тем удивительнее их внезапная массовая гибель. С геологической точки зрения она была практически мгновенной. Все динозавры, все морские и летающие ящеры исчезают сразу и на всей Земле. И не только они. Вымирают и другие группы животных, которые в мезозое были многочисленными и разнообразными. Например, обитавшие в морях аммониты и белемниты, которые в конце мезозоя быстро развивались и становились все совершеннее. И они исчезают так же внезапно. Почему?
Можно было бы предположить, что динозавров и других пресмыкающихся просто вытесняют животные, стоящие на более высоком уровне развития - млекопитающие и птицы. Но такой процесс должен был быть очень постепенным. Да и не могли еще тогда млекопитающие составить серьезную конкуренцию ящерам-гигантам. Млекопитающие - ближайшие потомки звероподобных пресмыкающихся, оттесненных когда-то динозаврами - появляются еще в триасе и долго живут бок о бок с динозаврами. Но до самого конца мезозойской эры они остаются еще очень мелкими, вроде мышей. И, судя по редкости остатков, не очень многочисленными. Они никак не могли вытеснить ящеров из пищевых цепочек и обречь их на вымирание. Скорее, они сами в основном были добычей мелких ящеров и змей. Похоже, скорее, на то, что ящеры, заняв все главные места обитания, весь мезозой тормозят развитие млекопитающих. Немного успешнее развиваются птицы, появившиеся в юре. Но и им еще сложно соперничать с летающими ящерами. И вдруг все меняется. Почему?
Никаких заметных тектонических событий на рубеже мезозоя и кайнозоя не происходит. Все так же постепенно расходятся материки, медленно расширяются Индийский и Атлантический океаны и уменьшается океан Тетис. Так что объяснить резкий перелом в развитии биосферы тектоническими потрясениями, как это было в конце палеозоя, невозможно.
Некоторые ученые искали объяснение вымиранию динозавров в смене климата (например, похолоданием). Но никаких заметных различий в климате конца мезозоя и начала кайнозоя найти не удалось. Есть и множество других гипотез, в том числе довольно трудно проверяемых. Например, гипотеза микробиологическая - появляются какие-то вирусы, смертельные для динозавров и других вымерших животных, но безопасные для остальных. Но не известно случаев, чтобы одни и те же микроорганизмы были болезнетворными для таких совершенно разных животных, какими были динозавры и аммониты.
Или гипотеза о временном разрушении озонового слоя в атмосфере, защищающего Землю от космического излучения. Такое событие могло бы быть губительным для большинства наземных животных. И в первую очередь - для самых крупных, то есть для динозавров. Но почему тогда погибли и многие обитатели моря, защищенные самой толщей воды? Еще пример подобной гипотезы: при извержениях вулканов или же из космоса в атмосферу попадает большое количество ядовитых газов. И все динозавры попросту отравились. Но почему отравленная атмосфера на одних подействовала, а на других (не только млекопитающих, но и змей, черепах, крокодилов) - нет?
Очень интересную гипотезу, тоже об отравлении, выдвинул российский палеоботаник С. В. Мейен. Она основана на вполне конкретных фактах. Первый факт: как раз к концу мезозоя, в меловом периоде, распространяются покрытосеменные (цветковые) растения. Их семена лучше защищены, имеют хорошую всхожесть - и потому они быстро вытесняют голосеменные растения из большинства природных зон. Второй факт: цветковые растения содержат вещества, ядовитые для пресмыкающихся, и именно для них. К тому же, этот яд накапливается у пресмыкающихся в организме. Получается, что чем крупнее животное, и чем дольше живет, тем надежнее себя отравляет. А гибель травоядных динозавров приведет и к вымиранию хищников - им просто нечего станет есть. Красивая гипотеза. Но и в ней не все сходится. А почему вместе с динозаврами вымерли аммониты и белемниты, которые жили в море, и что там растет на суше - им должно быть все равно? Да и смена растительность в основном произошла уже в середине мелового периода, и ничего особенного с динозаврами еще долго не происходило.
Поэтому большинство ученых сейчас склоняется к гипотезе крупной космической катастрофы. Предполагают, что конец мезозойской эры настал тогда, когда в Землю врезался очень большой метеорит, даже астероид. Ученые составили компьютерную модель возможного влияния такого события на всю географическую оболочку. Оказалось, что результат должен быть очень похож на возможные последствия большой атомной войны (так называемая "ядерная зима"). От столкновения огромные массы пыли поднимутся высоко в атмосферу, и сплошное облако пыли окутает всю Землю. На много месяцев атмосфера станет почти непрозрачной для солнечных лучей. Резко и надолго похолодает. До того момента, пока пыль осядет, и солнечный свет вновь пробьется к Земле, большинство животных не доживет. В первую очередь именно динозавры - самые большие и совсем не защищенные от холода. Погибнут без тепла и все их яйца - значит, не будет и потомства. Из пресмыкающихся смогут выжить лишь самые мелкие, способные зарыться глубоко в песок или перезимовать в норах, как это делают змеи. Погибнут и многие морские организмы, в основном жители мелких и теплых морей. А вот растительность не пострадает, даже наземная. Даже если сами растения не выдержат похолодания, сохранятся семена, которые с возвращением тепла все равно взойдут. И действительно, растительный мир конца мезозоя как будто и не заметил. Ничего в нем не изменилось.
Сравнительно легко пережить внезапные холода млекопитающим и птицам. Те и другие - теплокровные, могут сами поддерживать температуру своего тела. Сам по себе мороз им не особенно страшен. Была бы хоть какая-то пища, хоть под снегом - и уже можно дожить до теплых дней. А пищи в виде замороженных растений и динозавров было, видимо, немало.
Так что все в этой гипотезе, как будто, сходится; все известные факты находят объяснение. А недавно нашлось и еще одно подтверждение. В тонком слое осадочных пород, как раз на самой границе отложений мезозоя и кайнозоя, ученые обнаружили большое количество иридия (так называемую "иридиевую аномалию"). Иридий - тяжелый металл, в породах земной коры его обычно очень мало. А вот в некоторых разновидностях метеоритов - во много раз больше. Если на Землю упал метеорит как раз такого типа, и его вещество в виде пыли рассеялось в атмосфере, а потом выпало в осадок - все ясно, "иридиевая аномалия" - не случайность, а реальный след космической катастрофы, которая погубила динозавров.
Но такие катастрофы - события случайные и очень редкие. А в основном развитие Земли и земной биосферы шло постепенно, по своим собственным законам и независимо от всяких катастроф.
Формирование структуры биосферы, близкой к современной, происходит по мере развития похолодания климата, максимум которого приходится на четвертичный период. При этом было несколько эпох масштабного оледенения и отступления ледников. С этим чередованием связано неоднократная смена во многих районах таёжных и тундровых, степных и пустынных и других ландшафтов.
После загадочного исчезновения динозавров 60 или 70 млн. лет назад почти все пищевые цепочки на Земле замыкаются теплокровными животными. Уже к эоцену сложились все основные группы млекопитающих, которые существуют в настоящее время.
Таким образом, если подвести некоторые итоги, появление жизни приводит к существенным изменениям в процессах функционирования географической оболочки, в составе и строении не только её, но и всех внешних геосфер в целом. В качестве главных аспектов этих изменений можно выделить следующие:
1. Изменение состава гидросферы (газовая фаза, состав солей) и атмосферы. Вначале, с появлением фотосинтезирующих организмов, меняется газовый состав океанических вод. Первичная атмосфера Земли была бескислородной, и в природных водах растворённого кислорода также не было. В отсутствие кислорода железо способно формировать растворимые соединения, и воды первичного океана содержали их в больших количествах. Фотосинтезирующая деятельность цианобионтов привела к поступлению в Мировой океан кислорода, который тратился на окисление железа и его осаждение на океаническом дне, протекавшее в огромных масштабах (все крупнейшие месторождения железа в мире образовались именно в это время). В результате принципиально изменился и солевой состав океанических вод.
После того, как очистка океанических вод от соединений железа была завершена, свободный кислород стал проникать в атмосферу. И здесь в результате произошли принципиальные изменения. Во-первых, атмосфера очистилась от сероводорода. Окисление H2S в присутствии паров воды приводило к образованию серной кислоты, которая в растворённом виде выпадала на поверхность суши кислотными дождями. Окислялись и разлагались метан и другие углеводороды. Изменение окислительно-восстановительного потенциала привело к неустойчивости аммиака NH3 и переходу атмосферного азота в свободную молекулярную форму. Одновременно продолжался процесс «откачки» из атмосферы в Мировой океан, путём растворения, избытка углекислого газа CO2, который там частью расходовался теми же цианобионтами на фотосинтез, частью связывался ими на дне в виде карбонатных осадков. В результате принципиально изменился и состав атмосферы, и её термодинамический режим. Существенное уменьшение числа парниковых газов привело к снижению парникового эффекта и уменьшению температуры в тропосфере и на поверхности Земли. К концу докембрийского времени на нашей планете появляются первые ледники.
2. Изменение химизма ландшафтных сред на поверхности суши. Наряду с созданием кислородной атмосферы большое влияние оказала химическая активность продуктов жизнедеятельности и разложения органического вещества. Химическая разнонаправленность биологических процессов привела к возникновению на поверхности Земли химически контрастных, неравновесных условий. В частности, наряду с ростом содержания свободного кислорода, на отдельных участках, в местах накопления неразложившихся остатков органического вещества, стали вторично возникать восстановительные условия. Такая контрастность привела к большему разнообразию и большим скоростям химических процессов в биосфере по сравнению с добиогенным состоянием географической оболочки.
3. Существенно изменился ход процессов выветривания горных пород на поверхности Земли. Во-первых, благодаря изменению состава атмосферы другую направленность – преимущественно окислительную – приобрели процессы химического выветривания. Во-вторых, к двум основным типам выветривания – физическому и химическому – добавилось органическое (биогенное). Кроме того, заселение суши растениями способствовало задержанию в грунтах влаги, что способствует углублению химического выветривания. А наличие в продуктах разложения органического вещества органических кислот приводит к повышению кислотности грунтовых вод и большей активности химических процессов.
4. Заселение живыми организмами поверхности суши привело к появлению в географической оболочке совершенно нового процесса – почвообразования. И, соответственно, совершенно нового компонента географической оболочки – почв. Образование их явилось результатом переработки верхних горизонтов кор выветривания живыми организмами в процессах их жизнедеятельности и разложения органического вещества.
5. Результатом всей совокупности перечисленных выше процессов явилось существенное увеличение разнообразия обстановок в географической оболочке нашей планеты.
6. Существенные изменения произошли в круговоротах вещества и энергии в географической оболочке:
o новые ветви и качественные особенности в круговороте воды (биологическое поглощение, с целью использования воды для создания ОВ и как носителя, обеспечивающего биохимические и физиологические процессы в организме; транспирация; возможность задержания воды в почвах и рыхлых грунтах под защитой растительного покрова);
o влияние живого вещества на геологический круговорот (концентрация отдельных элементов живыми организмами, биогенное осадконакопление);
o появляется новый тип круговорота вещества – биологический круговорот, осуществляемый в процессах жизнедеятельности организмов и разложения органического вещества, на основе нового механизма использования энергии Солнца.
Общий результат развития биосферы – увеличение дифференциации химических элементов, разнообразия их форм, структурирования внешних оболочек Земли, накопление информации, уменьшение энтропии.
Наиболее важны для нас две особенности развития живого вещества в кайнозое:
1. Усложнение структуры биосферы, нарастание ее многообразия. На разных материках, в разных природных зонах складываются очень разные группы животных, которые и по внутреннему, строению, сильно отличаются друг от друга и находятся друг с другом в различных усложняющихся отношениях.
2. Млекопитающие становятся более разумными; уровень цефализации, сложность повеления, степень воздействия на неживую природу, прочность семейных групп, сплоченность стаи нарастают на протяжении всей эпохи. Ведь все виды животных связаны между собой - если изменяется поведение и образ жизни одного вила, тут же приходится изменяться и всем остальным, которые живут в той местности и встречаются с представителями этого вида. Высшие млекопитающие как бы поддерживают друг друга в движении по направлению к цефализации. Получается, что развитие живого вещества в кайнозое подготовило его переход к качественно новому этапу эволюции.
В дальнейшем и структура вещества усложняется, и все вещество планеты Земля организуется за счет совсем других закономерностей. Каких именно - мы как раз и рассмотрим далее.
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 77 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |