Глава 20. Раннепалеозойский этап развития Земли

История развития Земли в фанерозое резко отличается от ее гораздо более длительной докембрийской истории. И это отличие заключается не только в бурном расцвете органической жизни, но и в относительно быстро меняющемся структурном рисунке земной коры.

Современные данные свидетельствуют о том, что в фанерозойское время древние платформы не занимали на земной поверхности строго фиксированного положения. Концепция тектоники литосферных плит предусматривает их перемещение в пространстве, как по широте, так и по долготе, а также вращение. Между этими древними плитами с корой континентального типа располагались подвижные пояса, нередко океанские бассейны, которые в процессе эволюции изменяли ширину и конфигурацию, превращаясь в складчатые пояса, области и системы различного возраста, которые мы сейчас наблюдаем.

Все подвижные (геосинклинальные) пояса прошли сложную историю, которая, несмотря на ряд общих и сходных черт во многом была неповторимой. В геологической истории Земли проявляется определенная цикличность, позволяющая выделить ряд крупных этапов развития подвижных зон, которые заканчиваются складчатостью и образованием горных сооружений. Согласно концепции тектоники литосферных плит эволюция складчатых поясов Земли представляет собой по существу эволюцию бассейнов с корой океанского типа, начиная с их раскрытия и кончая коллизией плит и закрытием океанов. Перемещение континентальных плит тоже было закономерным. В раннепалеозойское время в южном полушарии существовал единый крупный материк, в то время как в северном материки были разделены и там господствовали океанские обстановки. В позднем палеозое был сформирован огромный континент Пангея-2, а затем он снова раздробился и в конце фанерозоя уже в северном полушарии материки начинают собираться в единое целое, в то время как в южном они расходятся и разобщаются океанскими бассейнами.

ПАЛЕОЗОЙСКАЯ ЭРА

Палеозойская эра, имеющая длительность в 340 млн. лет, охватывает более половины фанерозоя. В течение палеозойской эры на земном шаре происходили чрезвычайно важные и разнообразные геологические события. Именно в это время сосуществование подвижных (геосинклинальных) и стабильных - платформенных областей определяло главные тенденции геологической эволюции земного шара. Следует учитывать, что главнейшие платформы в то время могли находиться совсем в других местах, нежели в настоящее время. Точно так же и подвижные пояса занимали иные пространства и обладали другой конфигурацией, чем те складчатые пояса, которые мы сейчас видим. Подобные выводы с неизбежностью следуют из палеоклиматических и палеогеологических реконструкций.

Палеозойская эра развития Земли подразделяется на два крупных этапа: раннепалеозойский, начавшийся еще в позднем рифее и венде и закончившийся в силурийском периоде, и позднепалеозойский, включавший девонский, каменноугольный и пермский периоды. Каждый из них в подвижных поясах завершался складчатостью - каледонской и герцинской соответственно, в результате которых были сформированы протяженные горно-складчатые области и системы, причленившиеся к стабильным платформам и "спаявшиеся" с ними.

РАННЕПАЛЕОЗОЙСКИЙ ЭТАП. СТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ И ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ РАННЕГО ПАЛЕОЗОЯ

В раннем палеозое выделяются три периода: кембрийский, ордовикский, силурийский, каждому из которых отвечает определенная система отложений. По новым данным, нижний возрастной предел кембрийского периода 590 млн. лет, а верхняя граница силурийского - 408 млн. лет. Таким образом, ранний палеозой охватывает временной интервал около 180 млн. лет. Длительность кембрийского периода 85 млн. лет, ордовикского - 67 млн. лет, силурийского - 30 млн. лет. Кембрийская и ордовикская системы подразделяются на три отдела, а силурийская - на два. Приведенное деление систем нижнего палеозоя принято в СССР.

Органический мир раннего палеозоя характеризуется быстрым расцветом разнообразных типов живых организмов и низших растений, что особенно бросается в глаза по сравнению с крайне бедным органическим миром позднего протерозоя (рис. 20.1). Поскольку огромные пространства земного шара заняты в раннем палеозое океанами и морями, животный мир представлен в основном морскими беспозвоночными организмами и водорослями. Наземные животные, к которым относятся членистоногие, и первые представители высших растений появляются лишь в силурийском периоде. Животный мир, обитавший в морях, характеризовался всеми видами беспозвоночных, среди которых наиболее широко распространены археоциаты, трилобиты, граптолиты, брахиоподы, кишечно-полостные, иглокожие и наутилоидеи.

Уже в кембрийском периоде некоторые типы беспозвоночных обладали хитиново-фосфатным, а также известковым наружным или внутренним скелетом. К раннему кембрию относится расцвет одиночных и колониальных прикрепленных бентосных организмов - археоциат, которые быстро исчезают к началу среднего кембрия. Особенно широко в кембрии, ордовике и раннем силуре были развиты трилобиты, представленные малочленистыми и многочленистыми формами, последние из которых обладали прочным известковым панцирем и могли, свертываясь, защищать мягкое брюшко. Быстрая эволюция трилобитов привела к возникновению большого количества руководящих форм, позволяющих детально расчленять нижнепалеозойские отложения. Важной группой являлись также граптолиты, обладавшие различной морфологией в кембрии, ордовике и силуре и давшие много надежных руководящих форм. Кембрийские брахиоподы, имевшие хитиново-фосфатные раковины, были примитивными, беззамковыми, но уже в ордовике появляются замковые разновидности с известковыми раковинами, количество родов которых составляет около 200.

В силуре брахиоподы становятся более сложными и впервые появляются спирифериды и продуктиды. Кишечно-полостные представлены простыми четырех лучевыми кораллами, табулятами и другими Формами, игравшими роль рифообразующих организмов.

К ордовикскому периоду относится появление стебельчатых иглокожих, среди которых интересны морские лилии, бластоидеи, цистоидеи, криноидеи. К этому же времени приурочено развитие головоногих моллюсков-наутилоидей, характеризовавшиеся раковинами диаметром в первые метры и являвшихся хищниками морского дна.

Для раннего палеозоя характерны и другие группы беспозвоночных, которые не были столь широко распространены, например губки, черви, пелециподы, мшанки (рифообразующие организмы), гастроподы и др. Важное стратиграфическое значение с начала ордовика приобретают так называемые конодонты - мелкие роговые образования, имеющие зубчатую, зазубренную форму, природа которых неясна до сих пор. Либо это челюстные аппараты кольчатых червей, либо чешуйки на поверхности тела примитивных хордовых организмов. В раннем палеозое позвоночные животные не играли сколько-нибудь заметной роли и были представлены бесчелюстными (панцирными) рыбами, которые обитали в пресных или солоноватых водных бассейнах и реже в океанах. Только в конце силурийского периода появляются рыбы с внутренним хрящевым скелетом, т.е. "настоящие" рыбы.

Растительный мир раннего палеозоя был беден и в нем преобладали синезеленые водоросли, мхи, грибы. В позднем силуре появляются первые наземные высшие растения - псилофиты, которые ознаменовали начало приспособления представителей растительного и животного мира к выходу на сушу, завершившемуся уже в позднем палеозое.

Таким образом, в раннем палеозое впервые появилась в изобилии морская скелетная фауна, пришедшая на смену бесскелетной эдиакарской фауне конца позднего протерозоя. Вот это как бы "внезапное рождение представителей органического мира, способных строить скелет" во многом представляется загадочным и непонятным, хотя существуют многочисленные попытки объяснения этого феномена с различных позиций. Не вдаваясь в подробные объяснения, следует заметить, что важную роль играло увеличение солености вод Мирового океана, причина которого также остается неясной, а также уменьшение содержания СО₂ в воде.

Многие формы животных, появившихся в начале кембрия, быстро прекратили свое существование, и только трилобиты, беззамковые брахиоподы и граптолиты продолжали эволюционировать в ордовике и силуре. С начала ордовикского периода в быстром темпе развивались уже все основные классы морских беспозвоночных животных, а с конца силурийского - и первые примитивные позвоночные и наземные растения.

ПАЛЕОТЕКТОНИКА

Палеомагнитные, палеоклиматические, палеонтологические и палеогеологические данные свидетельствуют о том, что в раннем палеозое существовал суперматерик Гондвана, в который входили Африка, Антарктида, Южная Америка и Австралия. Этому огромному континентальному массиву противостояли северные материки, разделенные океанскими бассейнами. Материки были небольшие и примерно отвечали древним эпиархейским и эпираннепротерозойским платформам- Китайской, Северо-Американской, Сибирской, Восточно-Европейской. Между ними располагались Палеоазиатский и Палеоатлантический океаны, на месте которых в палеозое существовали подвижные пояса. Все древние платформы, не входившие в состав Гондванского континента,- Восточно-Европейская, Северо-Американская, Сибирская и Китайская в раннем палеозое испытывали погружение, в результате которого морские трансгрессии широко распространились в их пределы и платформы были затоплены мелководными, эпиконтинентальными морями, в которых накапливались преимущественно карбонатные осадки, местами лагунные отложения- мергели, гипсы, каменные соли. В то же время древние платформы Гондваны в раннем палеозое были приподняты и только местами их краевые зоны подвергались слабому опусканию. Рассмотрим платформенные и подвижные области несколько более подробно, учитывая их эволюцию и перемещение в течение раннего палеозоя.

ПЛАТФОРМЕННЫЕ ОБЛАСТИ

Древние платформы северного ряда еще в рифейское время начали испытывать погружение, продолжавшееся в венде и палеозое. На Восточно-Европейской платформе в венде мелководным морем были заняты ее северо-западная и частично восточная части (рис. 20.2). В кембрии, ордовике и силуре осадконакопление было сосредоточено вблизи южной окраины Балтийского щита, который служил областью сноса обломочного материала. Максимум трансгрессии приходился на ранний кембрии, в течение которого формировались глины и разнообразные часто косослоистые пески мощностью до 200-300 м и то только на западе - платформы в местах наибольшего погружения. Поднятия раннего и среднего кембрия сократили площадь моря, но в ордовике оно вновь наступает на восток и в нем формируются сначала терригенные, а в позднем ордовике исключительно карбонатные отложения с богатой фауной граптолитов, кораллов, брахиопод и мшанок.

При этом мощность ордовикских пород не превышала 300 м. В силурийском периоде море отступает к западу, где формируется толща известняков и прослоями глин до первых сотен метров мощностью, резко увеличивающейся в сторону наиболее прогнутой части Балтийской синеклизы. Область поднятий, охватившая платформу, в позднем силуре расширилась, и море покинуло ее пределы. Такое же высокое стояние Восточно-Европейской платформы отмечается и в раннем девоне. Это явление совпадает во времени с интенсивными процессами каледонской складчатости, охватившими так называемую Грампианскую геосинклиналь (Палеоатлантический бассейн) к северо-западу от Балтийского щита, на который нижнепалеозойские складчатые толщи были надвинуты с амплитудой до 200 км.

Сибирская платформа в кембрийское время полностью испытывала погружение. В раннем и начале среднего кембрия в ее юго-западной части располагались мелководные лагуны, в которых в условиях жаркого климата формировались пестроцветные отложения - глауконитовые известняки, мергели, гипсы, ангидриты, каменная соль, несущие в себе признаки крайнего мелководья - трещины усыхания, знаки волновой ряби и т.д. Мощность таких отложений достигала 2,5 км, что свидетельствует о быстром темпе прогибания. К северу и северо-востоку от лагун, отделенное от них невысокими рифами, располагалось открытое мелководное море, в котором накапливались как терригенные, так и карбонатные маломощные осадки, обладавшие сильной фациальной изменчивостью. В середине кембрия по южной периферии платформы, там, где уже произошла байкальская складчатость, существовала низкогорная суша, которая размывалась и поставляла обломочный материал в южные прогибы Сибирской платформы.

В ордовикский и силурийский периоды область прогибания сместилась в западную половину платформы, где развивалась огромная впадина, в которой формировались мелководно-морские известняки, доломиты, мергели, местами переслаивающиеся с алевролитами, песчаниками, глинами и эвапоритами - гипсами и ангидритами, мощностью до 1,5 км в наиболее прогнутых частях. Все эти толщи обладают пестро- и красноцветным, реже сероцветным обликом, свидетельствующим о жарком, влажном климате, хотя влажность менялась как по площади, так и во времени. Сибирская платформа в раннем палеозое, судя по палеомагнитным данным, находилась в близ экваториальной зоне, что хорошо подтверждается и литологическими особенностями пород, характеризующими палеоклиматические условия осадконакопления. В позднем силуре она испытывает поднятие и практически полностью осушается. В девонское время по южной окраине Сибирской платформы проявляются позднекаледонские складчатые движения, вызвавшие деформацию отложений и в пределах самой платформы, например в Ангаро-Ленской зоне на юге, где нижнепалеозойские толщи оказались смятыми в ряд узких линейных антиклинальных складок, часто осложненных взбросами и надвигами, со смещением к северо-западу, т.е. во внешнюю сторону от складчатого обрамления платформы.

На Северо-Американской платформе в раннем палеозое опускалась только ее южная краевая зона, тогда как вся остальная часть платформы оставалась сушей. Море было крайне мелководным, теплым и в нем формировались маломощные органогенные известняки, доломиты, рифовые постройки, особенно характерные для раннего силура. Приподнятые участки платформы были выровненными, низменными и не могли поставлять в бассейны значительного количества терригенного материала.