Характеристика природных условий на земле в кембрийском периоде

Процесс формирования кислородной атмосферы на земле.Точка пастера

Как считается, кислородный тип атмосферы Земли возник главным образом в результате деятельности растений. В воде биологические процессы начались около 3,8 млрд лет назад. Через 1 млрд лет содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от современного, и лишь 1,4 млрд лет назад, когда в земной коре стали образовываться красноцветные толщи гранита, оно превысило эту величину. Около 550 млн лет назад (в кембрийский период) в воде появились многоклеточные организмы с наружным скелетом и роющие животные, а содержание кислорода в атмосфере подошло к 10% от современного, не превышая 2,1% ее состава.

Рубеж около 400 млн лет назад связан со стремительным ростом содержания атмосферного кислорода. Это привело к появлению первых наземных растений, которые сами начали выделять кислород. Однако за 150 млн лет до этого события количество кислорода в атмосфере каким-то образом увеличилось в 10 раз, и она более чем на 1/5 стала кислородной.

Согласно новой гипотезе, выдвинутой в Институте земной коры СО РАН, были другие источники кислорода, связанные с процессами образования гранитов в древней земной коре, которые бурно сопровождались образованием воды, углекислого и угарного газов, выходом кислорода в атмосферу или частичным растворением его в воде. На рубеже архея и протерозоя (2,8-2,5 млрд лет назад) в атмосфере стали преобладать окислительные процессы, земная кора по своему составу становилась более кислой, начался стремительный рост гранитов. Тогда и произошло первое значимое пополнение атмосферы кислородом. Более поздние геологические процессы постепенно добавляли кислород в атмосферу. Наконец, в последнюю эпоху образования гранитов, 400 млн лет назад, его содержание приблизилось к современному уровню. На основании этих выводов ученые предположили, что кислородные атмосферы могут возникать лишь на планетах, подобных Земле, где неоднократно проходило образование гранитов.

Кембрийский период начался примерно 570 млн лет назад, возможно, несколько ранее, и продолжался 70 млн лет. Начало этому периоду положил поразительной силы эволюционный взрыв, в ходе которого на Земле впервые появились представители большинства основных групп животных, известных современной науке. Граница между докембрием и кембрием проходит по горным породам, в которых внезапно обнаруживается удивительное разнообразие окаменелостей животных с минеральными скелетами - результат "кембрийского взрыва" жизненных форм.

Никто в точности не знает, как выглядела карта мира в кембрийскую эпоху, ясно лишь, что она сильно отличалась от сегодняшней. Поперек экватора раскинулся громадный материк Гондвана, включавший в себя части современных Африки, Южной Америки, Южной Европы, Ближнего Востока, Индии, Австралии и Антарктиды. Помимо Гондваны, на земном шаре было еще четыре материка поменьше, расположившихся на месте нынешних Европы, Сибири, Китая и Северной Америки (но в совокупности с северо-западной Британией, западной Норвегией и частями Сибири). Северо-Американский материк того времени известен под названием Лаврентия.

В ту эпоху климат на Земле был теплее, чем в наши дни. Тропические побережья материков окаймляли гигантские рифы из строматолитов, во многом напоминавшие коралловые рифы современных тропических вод. По рифы эти понемногу уменьшались в размерах, поскольку бурно развивавшиеся многоклеточные животные активно их поедали. На суше в те времена не было ни растительности, ни почвенного слоя, поэтому вода и ветер разрушали ее гораздо быстрее, чем ныне. В результате в море смывалось большое количество осадков.

54Значение сланцев бёрждес для изучения кембрийской биоты

Сланцы Бёрджесс — первое из известных крупных захоронений кембрийского периода, открытое Уолкоттом в 1909 году. Повторный анализ ископаемых, выполненный Уиттингтоном и его коллегами в 1970-х, лег в основу книги Гулда «Удивительная жизнь», открывшей кембрийский взрыв для широкой публики.

Среди ископаемых сланцев Бёрджес наиболее распространены членистоногие, однако многие из них необычны и с трудом поддаются классификации:

Marrella — наиболее известная окаменелость, не относящаяся ни к одной из известных групп морских членистоногих (трилобиты, ракообразные, хелицеровые).[64]

Yohoia была мелким животным (длиной от 7 до 23 мм.) — бентосный организм, плававший непосредственно над океанским дном и использовавшим свои конечности (длинные, имеющие «локоть» отростки из-под головного панциря, имеющие по четыре шипа на конце, которые могли использоваться как «пальцы»), чтобы вытаскивать из ила, либо ловить своих жертв. Он мог относиться к «арахноморфам», группе членистоногих, включавшей хелицеровых и трилобитов.[65]

Naraoia — мягкотелое животное, относимое к трилобитам из-за сходства конечностей (ноги, части рта).

Waptia, Canadaspis и Plenocaris имели щитки, подобно моллюскам. Неясно, связаны ли эти животные между собой, либо приобрели схожие черты в ходе конвергентной эволюции.[66]

Pikaia напоминала современного ланцетника, и считалась древнейшим хордовым до открытия рыбоподобных Myllokunmingia и Haikouichthys в чэнцзянской фауне.

Кроме того, в захоронении представлены образцы экзотических организмов:

Opabinia (первая презентация её реконструкции Уттингтоном вызвала смех в аудитории [67]). Это было мягкотелое животное с узким, сегментированным телом, парой ластоподобных конечностей на каждом сегменте с ножками под плавниками, кроме 3 сегментов, формировавших хвост. Имело пять стебельковых глаз, рот под головой, длинный гибкий хобот, растущий из-под головы и заканчивающийся шипастым «когтем». Opabinia относят к Lobopodia (тип близкий к членистоногим, возможно, их ближайший предок).[68]

Anomalocaris и Hallucigenia впервые обнаружены в сланцах Бёрджес, но более ранние образцы найдены также в составе чэнцзянской фауны.

Wiwaxia, до сих пор найденная только в сланцах Бёрджес, имела хитиновый панцирь, состоящий из длинных вертикальных и коротких перекрывающих горизонтальных игл. Также она обладала чем-то, схожим с радулой (хитиновый зубастый «язык»), ранее наблюдавшаяся только у моллюсков. Некоторые исследователи полагают, что такие особенности приближают Wiwaxia к кольчатым червям.[69][70]

Orthrozanclus, также обнаруженный в сланцах Бёрджес, имел длинные иглы, как и у Wiwaxia, небольшие пластинки брони, а кроме того — панцирь спереди, подобно Halkieria.[71]

Halkieria имеет длинное тело с маленькими панцирными пластинами на каждом конце. Перекрывающиеся пластинки брони, покрывают оставшуюся часть верхней части тела — панцирь и пластинки брони состоят из карбоната кальция. Их окаменелые останки найдены почти на всех континентах в отложениях раннего и среднего Кембрия. Кроме того, в захоронениях мелкораковичной фауны обнаружено множество фрагментов, которые сейчас признаны частями брони Halkieria. Возможно, они были предшественниками брахиопод (имеющими схожую структуру передней и задней пластинки) и Wiwaxia (схожая структура брони).[72] Также предполагается, что Halkieria родственна моллюскам.[73]

Odontogriphus известен почти по 200 образцам из сланцев Бёрджес. Это было плоское билатеральное животное до 12 см в длину, овальной формы, с брюшным U-образным ртом, окруженным мелкими выступами. В хорошо сохранившихся образцах есть свидетельства наличия радулы, что позволяет отнести Odontogriphus к моллюскам.[74] Рядом ученых наличие радулы ставится под сомнение.

Дата добавления: 2015-05-06