На заре жизни. Органический мир докембрия

Водорослевые постройки — строматолиты

Итак, остатки водорослей и бактерий сохраняются очень редко. Тем не менее мы говорили, что эти организмы были основными породообразователями докембрия. Опять противоречие? Нет.

Действительно, остатки водорослей в строматолитах редки. Но сами строматолиты распространены чрезвычайно широко. Древнейшие из них обнаружены в древних толщах Родезии (Южная Африка), где из золотоносных жил, прорезающих строматолитовые известняки, определен абсолютный возраст от 2200 до 2730 и даже до 3050 млн. лет. Средний возраст этих толщ оценивается в 2860 млн. лет. Строматолиты встречаются не только в докембрийских, но и в более молодых отложениях — в палеозойских, мезозойских, кайнозойских. Самые молодые из них образуются в наши дни в заливах Северной Австралии, в соленых озерах США, на побережье Багамских островов в Атлантике и в других местах. Изучение этих молодых строматолитов и позволило разгадать тайну их древних предшественников.

Мы уже говорили, что строматолиты сами по себе не являются родами или видами водорослей. Это сложные постройки, возникающие в результате жизнедеятельности растительных организмов. Строматолиты относятся к водорослям, как коралловые рифы к мелким коралловым полипам или, еще точнее, как болотные моховые кочки к растениям, образовавшим их.

Но ведь биологи изучают именно растения и кораллы, а кочки и рифы их интересуют в гораздо меньшей степени. Может ли представлять интерес и приносить пользу изучение строматолитов само по себе? Ведь известно, что одни и те же организмы в разных условиях могуг образовывать колонии различной формы. Постройки, созданные представителями одного вида, жившими в различной обстановке, могут быть совсем разными, а постройки, созданные разными видами, но в сходных условиях — похожими. И тем не менее геологи никак не могли уйти от, казалось бы, странных, плохо объяснимых теориями совпадений. На рис. 8 изображены строматолитовые постройки (якутофитоны) из среднего рифея различных частей Сибири. Их разделяют не менее 3000 км, однако между ними много сходства. Ни ниже, ни выше в геологических разрезах такие строматолиты не встречаются. Зато в нижнем рифее есть совсем другие строматолиты (их называют кусиеллами, но названию города Куса на Южном Урале), показанные на рис. 9. Первый рисунок сделан на Южном Урале, второй — на крайнем севере Сибири, на Анабаре. В одновозрастных отложениях строматолиты похожи, в разновозрастных — нет. Значит, можно попытаться хоть в какой-то мере использовать их для определения возраста горных пород.

Рис. 8. Строматолиты группы якутофитон имеют центральный осевой столбик, сложенный коническими слоями (кокофитон), от которого в стороны и вверх отходят клубнеподобные отростки (байкалия). Это одна из самых характерных групп среднего рифея. Верхний строматолит обнаружен в Туруханском районе, нижний — в двух с половиной тысячах километров от него — на реке Мае.

Рис. 9. Постройки строматолитов куссиелла из нижнерифейских отложений Южного Урала и Анабарского массива.

В разные годы было предпринято несколько таких попыток, но они обычно успеха не приносили. Причин для этого было несколько. Во-первых, были плохо изучены сами органические остатки. «Похоже» и «непохоже» — это довольно шаткие критерии. К сожалению, и сейчас мы часто пользуемся ими, так как пока почти нет точных методов, позволяющих включать в рассуждения что-либо более определенное, например меру, число.

Во-вторых, был неясен возраст отложений со строматолитами даже в основных, опорных районах. Мы уже говорили, что миньярская свита Южного Урала считалась кембрийской, потому что в ней были найдены остатки, принятые за археоциат. В то же время строматолиты из этой свиты были похожи на докембрийские строматолиты других районов (кстати, и там их иногда считали кембрийскими). Естественно, что даже крупные специалисты разводили руками: ничего не поделаешь, строматолиты одинаковые, а возраст — различный. И они были правы: строматолиты действительно были одинаковыми. Ошибались не они, а геологи, неправильно определявшие возраст этих толщ.

Геологи отыскивали методы точного сопоставления древних толщ на больших площадях, с успехом используя в качестве ориентиров пласты со строматолитами. Бельгийские геологи Л. Каэн, Е. Полинар и другие установили, что можно выделить два четких прослоя с определенными постройками, которые были прослежены от реки Конго до Трансвааля. На севере Африки эстафету от бельгийцев приняли французские исследователи Н. Меньшиков, Ж. Шубер и другие, которые выявили несколько строматолитовых горизонтов в Сахаре и других районах.

В США работы Ч. Уолкотта продолжили в 30-х годах палеонтологи К. Фентон и М. Фентон, а с 50-х годов — Р. Резак. В 1957 г. на территории Национального ледникового парка в штате Монтана была составлена детальная схема последовательности слоев серии Белт, опирающаяся на несколько горизонтов с определенными типами строматолитовых построек.

В Советском Союзе строматолиты изучались с начала 30-х годов такими выдающимися исследователями, как В. П. Маслов, П. С. Краснопеева и А. Г. Вологдин. Сначала они очень оптимистично смотрели на использование строматолитов для определения возраста древних толщ. Но именно им пришлось столкнуться со всеми трудностями, о которых говорилось в начале этой главы. И энтузиазм их постепенно стал угасать. В. П. Маслов и П. С. Краснопеева пришли к выводу, что строматолиты пригодны только для сопоставления толщ на относительно небольших площадях, а А. Г. Вологдин по существу вообще отказался от изучения строматолитов. По его мнению, строматолиты могут быть интересными только потому, что в них иногда сохраняются остатки древних водорослей.

Новый этап изучения строматолитов совершенно справедливо связывают с именем И. К. Королюк, которая с 50-х годов исследует докембрийские и палеозойские отложения Присаянья, Прибайкалья и верхнего течения реки Лены. Она показала, что определенные типы строматолитовых построек можно с успехом использовать для сопоставления древних толщ на огромных площадях. Но еще важнее было то, что Королюк по существу впервые отметила качественные отличия палеозойских строматолитов от докембрийских. С этого времени стало возможным говорить на надежном фактическом материале о каком-то направленном развитии, эволюции этих образований. Начало подтверждаться предвидение В. П. Маслова, который еще в 30-х годах связывал смену строматолитовых комплексов с эволюцией водорослей-строматолитообразователей и с эволюцией условий осадкообразования.

Сейчас строматолиты изучают по меньшей мере два десятка исследователей в различных геологических учреждениях и научных институтах нашей страны. С помощью строматолитов к 1960 г. удалось расчленить рифейские отложения основных разрезов СССР на три крупных подразделения, а сейчас эта схема значительно детализирована и распространена на всю территорию нашей страны.

Строматолиты, как мы уже говорили, образуют крупные рифоподобные массивы (биогермы) и иногда слагают нацело многометровые пласты, которые прослеживаются на десятки и даже сотни километров. Заметим, кстати, что строматолитовые мраморы нередко очень красивы (рис. 10), недаром с давних пор их использовали для внутренней отделки парадных дворцовых залов, а огромные каменоломни, где разрабатываются эти мраморы, существуют до сих пор. Они могут быть одноцветными — красными, желтыми, черными, зелеными или многоцветными, например, нередко встречаются красные скорлуповатые столбики на сером фоне вмещающей их породы.

Рис. 10. Образец верхнерифейского строматолита Inzeria tjomusi с рисунком, похожим на узор ковра (строматолит в переводе означает «ковровый камень»)

Общее представление о строении строматолитовых биогермов можно составить по рис. 11 и 12, хотя, конечно, биогермы гораздо более разнообразны. Постройка начинается с пленки, нарастающей на камнях, гальках или просто на бугорках морского дна. Иногда такая пленка покрывает большие участки субстрата. Нередко рост начинается с крохотного пятачка, а потом, распространяясь в стороны, водорослевые пленки захватывают новые и новые площади. В этом случае биогерм похож на куст. Заметим, кстати, что строматолиты этого типа очень похожи на кораллы, и именно так, как древние кораллы, они и определялись сначала исследователями. Некоторое расширение в стороны характерно для всех строматолитовых биогермов. Это определяет и веерообразную ориентировку строматолитовых столбиков, из которых состоит биогерм: в центре они субпараллельны и вертикальны, по краям наклонены иногда до горизонтального положения.

Рис. 11. Типичный пример биогерма, сложенного столбчатыми ветвистыми строматолитами.

Центральная часть его сложена субпараллельными столбиками группы гимносолен, краевые части — наклонными столбиками, близкими к гунгуссиям (диаметр биогерма около 1,5 м). Всрхнерифейские отложения в районе среднего течения реки Лены.

Рис. 12. Небольшой асимметричный биогерм строматолитов. Сбоку от водорослевой колонии (справа) было, очевидно, какое-то препятствие, и строматолитовыс постройки могли разрастаться только в одну сторону. Верхний рифей, река Лена, у устья реки Большой Патом.

Верхняя часть биогермов отвечает этапу отмирания водорослевой колонии. У одних строматолитов биогерм покрывался снова (как и в основании) общей пластовой коркой, у других столбики просто прекращали рост и засыпались механическим осадком.

Разумеется, бывали случаи, когда биогерм не проходил всех стадий развития: на самом раннем этапе своего развития водорослевая колония могла быть засыпана осадком или сорвана волнами. Вообще условия, в которых жила колония водорослей, имели очень большое значение. Одни биогермы имеют десятки метров в высоту и сотни, а то и тысячи метров в ширину, другие не превышают в диаметре нескольких десятков сантиметров. Если где-то сбоку была скала или развивалась соседняя колония, постройка могла разрастаться только в одну сторону и развивались преимущественно асимметричные наклонные столбики. Все эти разновидности действительно наблюдаются в природе, и некоторые из них изображены на рис. 13 и 14. Некоторые признаки (наклон столбиков, симметрия и асимметрия слоев и т. п.) определяются просто положением столбика в биогерме. В центральных частях биогерма столбики расположены параллельно друг другу и ориентированы вертикально, в краевых участках — наклонены под различными углами вплоть до горизонтальных ответвлений.

Рис 13. Веерообразная ориентировка столбиков особенно отчетливо видна в небольших строматолитовых биогермах. Верхний рифей, река Лена, у устья Большого Патома

Рис. 14. Недоразвившийся биогерм строматолитов. Осадок засыпал водорослевую колонию, прежде чем выросли столбики. Верхний рифей, река Лена, у устья Большого Патома

Но форма строматолитовых столбиков в целом и многие детали их внутреннего строения являются очень характерными выдержанными признаками и не могут быть объяснены никакими внешними условиями.

Изучая в 1933 г. современные строматолиты Багамских островов, английский ученый М. Блэк установил, что все их разнообразие укладывается в четыре типа, которые он обозначил буквами А, Б, В, Г. В приливно-отливной зоне образуются куполоподобные строматолитовые бугры и столбики (тип Б); на дне, ниже уровня отлива, — волнистослоистые корки (тип А), а на берегу, в зоне, смачиваемой волнами, — вогнутые чешуйки или угловатые плоские корки (тип В и Г). Связь формы построек и условий, казалось бы, не вызывает никаких сомнений. Однако из работы Блэка было отчетливо видно, что эта связь не прямая, а косвенная: в разных условиях жили разные сообщества, колонии водорослей определенного состава. Форма этих колоний и отражалась в строматолитовых постройках, которые они создавали. Если менялись условия, то менялся состав водорослей и в свою очередь возникали постройки другой формы.

В последние годы бельгийский геолог К. Монти, заново детально изучивший багамские современные строматолиты, подтвердил эти выводы. Так, строматолиты типов В и Г, описанные М. Блэком, образуются при активном участии водорослей Scytonema myochrous, которые растут в более сухие периоды, и более влаголюбивых Schizothrix calcicola; волнисто-слоистые постройки типа А — колониями водорослей с преобладанием вида Scytonema crustaceum и т. д.

Значит, форма строматолитовых построек не является случайной, а непосредственно связана с видовым и родовым составом водорослей-строматолитообразователей.

Эти рассуждения совершенно необходимы для того, чтобы объяснить, почему же мы все-таки используем для сравнений внешнюю форму строматолитовых построек, несмотря на ее изменчивость и, казалось бы, малую надежность.

Можно привести и другие аргументы, более наглядные, но, к сожалению, менее убедительные, поскольку пришлось бы апеллировать к другим группам организмов. Внешняя форма дерева не является диагностическим признаком, не учитывается ни в одной классификации и, как известно, очень резко меняется в зависимости от условий. Вспомним хотя бы классический школьный пример: сосна на опушке и сосна в чаще строевого леса имеют совершенно разный внешний вид. И тем не менее мы отличим без всякого труда березу от дуба по форме ствола и веток даже в зимнем лесу, даже по силуэту на фоне ночного неба. Но дерево это не колония, это все-таки единый организм. Тогда рассмотрим колонии кораллов. В разных условиях один и тот же вид коралла строит довольно различные по форме постройки. Форма коралловых построек тоже не является диагностическим признаком. И тем не менее любой специалист без труда различит роды и даже виды кораллов только по форме построек. И палеонтологи смогли бы уверенно отличать палеозойские отложения от мезозойских, даже если бы они не знали самих кораллов, а имели бы дело только с ископаемыми биогермами и рифами.

Не все участки строматолитовых биогермов подходят для таких сравнений. Мы видели, что корки водорослей из основания биогерма повторяют в своей форме все неровности субстрата, на котором они нарастают. Корявые столбики из краевых участков биогерма тоже нередко отражают в своей форме случайные воздействия разнообразных факторов. Напротив, корки, облекающие верхнюю часть биогермов, очень схожи по форме у самых разнообразных колоний. Забегая вперед, заметим, что иногда и такие постройки можно использовать для сопоставлений: каждый строматолит имеет характерное внутреннее строение слоев, специфичную текстуру и структуру. По структурному рисунку строматолитовой породы тоже можно сравнивать одновозрастные и разновозрастные постройки. Но пока идет речь о внешней их форме.

Наиболее выдержанными по своему внешнему облику в каждом биогерме являются столбики из центральных его частей. Если вернуться (сознавая всю относительность и условность аналогии) к примеру с деревьями, то можно заметить, что все строевые сосны из чащи леса гораздо больше похожи друг на друга, чем разнообразные развесистые деревья с лесных опушек. Окруженные со всех сторон соседними постройками, водорослевые колонии в центральных частях биогермов были, по-видимому, максимально ограждены от внешних воздействий и строили однообразные однотипные столбики, форма которых определялась только формой водорослевых колоний. Конечно, и здесь были отклонения от правил, но подавляющее большинство строматолитов, которыми пользуются сейчас геологи для сопоставления толщ, происходит именно из этих центральных частей биогермов.

Относительное количество таких построек в биогерме зависит прежде всего от его формы. Если биогерм маленький и имеет форму шара (см. рис. 13), то центральных вертикальных столбиков в нем будет немного — один, два. К счастью, в докембрии преобладают биогермы, имеющие форму сильно сплющенной линзы, у которой диаметр был значительно больше высоты. Поэтому на долю центральных, вертикально-столбчатых построек приходится основная часть всех известных из древних толщ строматолитов. Иногда создается впечатление, что целые пласты сложены только однотипными субпараллельными столбиками, и нужны специальные долгие поиски, чтобы найти краевые участки таких биогермов с наклонными и неправильными столбиками.

Для сравнения похожих и непохожих столбиков необходимо точно знать форму. Конечно, пространственное воображение может подсказать нам очертания построек по случайным сечениям столбиков, которые мы найдем на краях образца. Но это будет довольно приблизительная картина. Допустим, что образец имеет форму кубика с гладкими сторонами. На боковых его гранях мы увидим вертикальные сечения строматолитовых столбиков, на нижней и верхней поверхностях — поперечные их срезы, имеющие вид концентрических колец, как показано на рис. 15. Можно догадаться, что строматолитовый столбик где-то внутри образца разделился на два новых. Но нам необходимо точно знать, каким образом это произошло, какую форму имеют столбики, как выглядит их боковая поверхность, какую толщину они имеют в месте разветвления и т. д. Короче говоря, нам надо попытаться выделить столбик из строматолитовой породы.

Рис. 15. Принцип методики графического препарирования. Образец, заключающий строматолитовый столбик, распиливается на серию параллельных пластинок, затем поверхность каждого распила зарисовывается и воспроизводится точная форма столбиков внутри образца. Столбики как бы графически освобождаются, очищаются от вмещающей породы.

В палеонтологии такой процесс очищения органического остатка от налипшей на него вмещающей горной породы называется препарированием. Обычно применяется механическое препарирование с помощью различных острых предметов от слесарного зубила до тонкой иголочки; применяют всевозможные буравчики, хорошие результаты дает очищение раковинок с помощью зубоврачебной бормашины. В последние годы препараторы взяли на вооружение ультразвуковые установки, весьма эффективно химическое препарирование, разработанное польскими и советскими палеонтологами: благодаря точному подбору реактивов удается использовать разницу в химическом составе раковинок и вмещающей породы. Известняк, окружающий скорлупку, растворяется в слабой кислоте, а чистая раковинка падает на дно стакана.

К сожалению, все эти способы препарирования к строматолитам почти неприменимы. Столбики и слои настолько неразрывно слиты с вмещающим осадком, что разделить их невозможно. Через руки автора прошли тысячи образцов. И лишь в строматолитах из Средней Азии удалось найти кусок, у которого столбики были окремнены, а промежутки заполнены известняком. Опустив его в кислоту, я смог получить ажурный строматолитовый каркас. Но это был единственный случай за 15 лет работы. И все же нужно было найти какой-то метод точного определения формы их построек.

Решение пришло довольно случайно. Осенью 1958 г. профессор Б. М. Келлер собрал несколько штуфов строматолитовых пород на острове Кильдин в Баренцевом море. Я попытался сделать из них пластинки для шлифов и столкнулся с большими трудностями. Столбики были настолько прихотливо изогнуты, что никак не удавалось получить продольный срез, проходящий вдоль такой постройки. В самом деле, ведь если строматолитовый столбик разделяется на три новых, расположенных в разных плоскостях, то при любом срезе мы увидим в лучшем случае только их раздвоение. А кильдинский строматолит разветвлялся на пять-шесть новых столбиков!

Отчаявшись найти подходящую плоскость, я поместил кусок в алмазную пилу и распилил его на добрый десяток тонких параллельных пластинок с тем, чтобы потом выбрать для шлифа наиболее подходящую. И вот, просматривая пластинки одна за другой и складывая их в стопку, я вдруг обнаружил, что передо мной, как в мультфильме, стали появляться очертания строматолитовых столбиков. Твердая плотная горная порода начала как бы просвечивать, а сквозь нее проглядывали изогнутые, разветвляющиеся столбики. Прикладывая одну пластинку к другой и зарисовывая наподобие объемной блок-диаграммы последовательные стадии восстановления внешнего вида столбиков (см. рис. 15), удалось как бы очистить строматолитовые постройки от вмещающей породы. Так появилось графическое препарирование.

Позднее выяснилось, что это прием, вообще-то говоря, не новый. Более 100 лет анатомы аналогичным образом выясняют естественное положение различных мускулов и кровеносных сосудов у животных и у человека: вместо вскрытия они изучают серию срезов замороженных органов. Пользуются таким приемом и палеонтологи, когда находят крупную конкрецию, в центре которой заключена кость животного. Такой каменный желвак распиливают и по контурам срезов восстанавливают форму кости и изготавливают ее макет, скажем, из пластилина. Но к строматолитам этот метод пока не применялся, и уже первые десятки рисунков дали очень интересные результаты, особенно после того, как удалось поставить работу в четкие рамки требований начертательной геометрии.

Графическое препарирование сейчас является одним из основных методов изучения строматолитов, и поэтому о нем нужно сказать подробнее. Сама идея его — в максимально точном изображении столбиков. Посмотрите на рис. 15. Образец распиливается с помощью алмазной пилы на пластинки толщиной 5–7 мм. Затем контуры строматолитовых столбиков с каждой поверхности распила переносятся на кальку или на прозрачную пленку. Такие рисунки складываются, и в виде объемной блок-диаграммы восстанавливается форма столбиков внутри породы. Мы можем определить, — что разветвление находится в этом месте, а не на сантиметр выше или ниже, что толщина определенного участка столбика именно такая, а не на полсантиметра больше или меньше и т. п. Если на поверхности построек были какие-нибудь наросты, выступы или углубления, они тоже отчетливо получались на рисунках. Методика довольно трудоемкая. Однако затрата времени и сил вполне оправдывается результатами.

На рис. 16 изображены столбики Kussiella kussiensis — широко распространенной формы из нижнерифейских отложений Урала и Сибири. Эти строматолиты имеют ровные вертикальные поперечно-ребристые столбики с округлым и эллипсовидным поперечными сечениями. Столбики разветвляются путем простого последовательного распадения более широких столбиков на более узкие. Краевые части слоев, слагающих столбик, иногда прилегают к его боковой поверхности, а чаще свисают по всему его периметру, образуя кольцевые карнизы. Это одни из наиболее древних строматолитовых построек на свете. Они встречаются в горных породах, имеющих возраст не менее 1400–1600 млн. лет.

Рис. 16. Форма строматолитовых столбиков (уменьшено в 3–4 раза)

1 — Kussiella kussiensis, нижний рифей; 2 —Baicalia baicalica, средний рифей; 3, 4, 6 — верхнерифейские строматолиты; 3 — Minjaria uralica; 4,6 — Gyrnnosolen ramsayi; 5 — Linella avis, вендский комплекс

Строматолиты группы байкалия имеют похожие на картофелины, узловатые, крупнобугристые столбики, расположенные вертикально или наклонно в пласте. Поперечное сечение столбиков округлое или овальное, часто с неровными, волнистыми краями. Столбики разветвляются на два или несколько новых с характерными пережимами в местах ответвления: столбик резко суживается, а потом снова расширяется. Краевые части слоев обычно плотно облекают боковую поверхность столбиков, но иногда свисают с их краев наподобие козырьков различного размера. Эти постройки особенно характерны для отложений среднего рифея в интервале примерно от 1300 до 1000— 900 млн. лет.

Очень характерны для среднего рифея, особенно для его верхней части (лахандинского горизонта), строматолиты группы якутофитон (см. рис. 8). Это — сложная постройка, состоящая из центрального вертикального столбика, который образован коническими слоями (подобные постройки называются конофитонами), отходящими от него во все стороны веточками-столбиками, похожими на байкалии.

Но, пожалуй, наиболее разнообразны строматолиты верхнего рифея. Чаще всего среди них встречаются субцилиндрические столбики с гладкими боковыми поверхностями, без карнизов или козырьков. Иногда это ровные субцилиндрические столбики с довольно редкими разветвлениями на два или три новых столбика. Такие строматолиты в зависимости от деталей их строения называются миньяриями (боковая поверхность ровная и гладкая), юрюзаниями (столбик окружен как бы своеобразной пленочкой, сквозь которую проходят и выдаются по краям столбика отдельные козырьки) или катавиями (боковая поверхность несет крупные или мелкие бугорки). Еще более сложноветвистые постройки имеют строматолиты группы гимносолен. Эти гладкие столбики с округлым или овальным поперечным сечением, обычно непостоянного диаметра, с раздувами и пережимами. Ветвистость сложная и частая, так что постройка напоминает иногда куст. В краевой части столбиков слои утоняются и плотно, часто многократно, облекают их боковую поверхность, без каких-либо карнизов или козырьков. Именно эти строматолиты сначала принимали за древние кораллы.

Отдельную и своеобразную группу составляют тунгус-сии, встречающиеся со среднего, а возможно, и с нижнего рифея. Для них характерна сложная ветвистость с обилием горизонтальных и полого наклоненных столбиков, от которых вверх и в стороны отходят столбики и желваки различной формы — цилиндрические, клубнеподобные или имеющие сложные и неправильные очертания.

Еще более сложную и прихотливую форму имеют строматолиты из группы линелла, характерные для самого верхнего подразделения рифея — вендского (юдомского) комплекса. Столбики этих строматолитов могут быть и клубнеподобными, и субцилиндрическими, с пережимами и раздувами, с ответвлениями разнообразной формы, среди которых преобладают остроконечные отростки-бугорки. Боковая поверхность столбиков обычно гладкая. Иногда слои многократно облекают столбики, образуя как бы многослойную оболочку вокруг них.

Сейчас описано не менее двух-трех десятков групп (морфологических родов) строматолитов, и даже краткая характеристика их заняла бы слишком много места. Очевидно, интереснее будет рассмотреть выводы, которые получаются при сравнении морфологии строматолитовых построек из разновозрастных толщ. Несмотря на большое их разнообразие, все же достаточно четко проявляется несколько закономерностей. Первую можно охарактеризовать так: усложнение формы построек. Прежде всего оно проявляется в усложнении способа ветвистости строматолитовых столбиков.

У куссиелл и других нижнерифейских строматолитов рост постройки начинается с широкого столбика, который постепенно и последовательно распадается на несколько более узких. Если посмотреть на такую постройку сверху, то в плане контуры верхних, более тонких столбиков нередко вписываются в более широкий контур нижнего столбика.

У среднерифейских строматолитов типы ветвистости более разнообразны. У байкалий преобладает разветвление на два, реже на три новых столбика с обязательным пережимом в месте ответвления. У якутофитонов, как уже упоминалось, имеется центральный стержень, образованный коническими слоями, от которого в стороны отходят клубнеподобные столбики-ответвления, тоже с пережимами в основании.

В верхнем рифее очень многочисленны сложные, похожие на кусты постройки, когда от одного «пенька»-основания отходит до десятка новых столбиков. У постройки, изображенной на рис. 16, таких ответвлений 12, и это не предел. В самых верхних горизонтах докембрия разнообразие и сложность постройки достигает, пожалуй, высшей степени. И цилиндрические, и клубнеподобные, и остроконечные столбики с вертикальными и наклонными веточками прихотливо переплетаются у линелл в одном куске строматолитовой породы. Сама сложность, само разнообразие внешней формы построек становится их отличительными признаками.

Конечно, это понятие «сложность формы» является не очень строгим и не исключает возможности субъективной оценки и выборочного подхода к материалу. Так, в верхнем рифее рядом с «12-главым» кустиком в биогерме могут быть и ровные неразветвляющиеся столбики или постройки, ветвящиеся на два-три новых столбика. В то же время в краевых частях куссиелловых биогермов нижнего рифея столбики, как и у всех биогермов, тоже расходятся веером во все стороны и похожи на тунгуссии, хотя и отличаются от геологически более молодых форм этой же группы. Характер ветвистости и общая форма построек являются важными диагностическими и возрастными признаками.

Другая закономерность выявляется при изучении контакта столбиков с вмещающей породой. Боковое ограничение столбиков у нижнерифейских куссиелл очень неровное, слои свисают с их краев кольцевыми карнизами, образуют своеобразные юбочки или выступы вокруг столбиков. У среднерифейских строматолитов боковая поверхность столбиков тоже неровная, бугристая, с выступами или навесами, но эти выступающие слои образуют не карнизы, а отдельные козырьки. Наконец, у верхнерифейских и более молодых строматолитов слои плотно прилегают к поверхности столбиков — и постройки выглядят ровными, гладкими. У самых молодых докембрийских и особенно у нижнепалеозойских строматолитов вокруг столбиков наблюдается своеобразная стенка, образованная слившимися тонкими краями слоев. Эта закономерность, установленная лет 10 назад И. К. Королюк для строматолитов Прибайкалья, полностью подтверждена для всех районов страны.

Наконец, последняя, третья закономерность намечается при сравнении внутреннего строения — текстуры и структуры строматолитовых слоев. Напомним, что текстурой называется соотношение отдельных участков горной породы, характеризующее однородность и неоднородность ее строения (слоистые, пятнистые, полосчатые и т. п.). Структурой называется взаимное расположение минеральных частиц внутри более крупных сгустков, слоев, комков и других текстурных элементов.

Мы уже говорили, что остатки водорослей, у которых можно было бы видеть клеточную ткань, встречаются в строматолитах исключительно редко. Но не сохраняясь целиком, водоросли все же влияли на распределение зерен и комков внутри карбонатных корок. Поэтому у одних строматолитов слои однороднозернистые, у других — узловатые, пятнистые, у третьих — пузырчатые, комковатые, а у четверых вообще слои плохо видны: все внутреннее пространство в столбике целиком заполнено комками и сгустками известняка.

Эти различия сохраняются и после того, как порода претерпит вторичные изменения — перекристаллизацию, окремнение, доломитизацию и др. Рассказывая о водорослевых остатках из Канады, мы уже упоминали, что вторичное окремнение иногда даже помогает сохранению первичной структуры. Чаще наблюдается обратное: вторичные процессы замазывают первичный структурный и текстурный рисунок и иногда стирают его целиком. Но обычно первичная структура и текстура играют роль своеобразной канвы, на которую накладывается «вышивка») вторичных процессов. Строматолитовую слоистость и некоторые детали строения слоев удается видеть даже в крупнозернистых мраморах.

О строматолитовых текстурах и структурах написаны десятки статей, и даже простое перечисление названий заняло бы слишком много места. Основной вывод из этих исследований состоит в том, что в одновозрастных отложениях встречаются одинаковые или очень сходные текстуры и структуры, а в разновозрастных — различные. В нижнем рифее преобладают так называемые ленточные текстуры и зернистые структуры: в постройках чередуются ровные слои, сложенные однородным зернистым известняком. В более верхних горизонтах рифея слои становятся неровными, узловатыми, иногда как бы смятыми или сгофрированными. Изучение их под микроскопом показывает, что они состоят из комочков и сгустков известняка, имеющих округлые и неправильно-узловатые очертания и неоднородную структуру. Эти признаки — тин ветвистости, форма построек, характер их бокового ограничения, структура и текстура слоев — и положены в основу нескольких схем классификации строматолитов, применяющихся у нас в стране и за рубежом. Нет необходимости перечислять эти схемы. Расскажу лишь о спорах, которые идут вокруг самого принципа классифицирования этих остатков.

Строматолиты нельзя сравнивать ни с видами, ни с родами водорослей. Это не скелеты и даже не слепки с органических остатков. Это — продукты жизнедеятельности водорослей. Так можно ли давать строгие научные названия? Многие исследователи отвечали на этот вопрос отрицательно. Нельзя присваивать латинские названия остатку, который образован несколькими видами водорослей, пусть даже сочетание этих видов вполне закономерно.

К счастью, нашелся прецедент. Лишайники не являются едиными организмами — это симбиоз гриба и водоросли. Тем не менее их успешно классифицируют. Латинские наименования дают и растительным ассоциациям (фитоценозам). Так сосновый бор, в подлеске которого преобладает черника, может быть назван Pinetum myrtyllosum (Pinus — сосна, Vaccinium myrtyllus — черника). Одинаковые, хорошо выдерживающиеся на огромных площадях строматолитовые постройки отвечают, очевидно, определенным симбиозам водорослей и бактерий. И они тоже могут и должны иметь одинаковые названия. Конечно, классификация эта не естественная, а формальная. Выделяются не биологические роды и виды, а морфологические группы и формы. Но она дает возможность как-то разделить на условные единицы все разнообразие строматолитов и использовать однотипные постройки для различных схем сопоставления одновозрастных отложений.

Следующая, гораздо более сложная задача — определить естественные соотношения между различными морфологическими группами и формами. В последние годы такие работы проводятся на всей территории нашей страны, и уже можно как-то обобщить первые результаты исследований.

Во-первых, выяснилось, что разные участки заведомо единых биогермов могут быть отнесены к разным морфологическим группам. Так, у якутофитонов боковые ответвления полностью отвечают диагнозу группы байкалия, а центральный, осевой столбик — диагнозу группы конофитон. У большинства биогермов столбчатых строматолитов в центральной части столбики вертикальны и могут быть определены как гимносолен, миньярия и т. п., а в краевых частях — наклонны и нередко полностью соответствуют диагнозу группы тунгуссия.

Казалось бы, вся схема систематики опровергается. Но это только кажется. Больше того, как это ни парадоксально звучит, именно эти особенности делают схему классификации строматолитов более убедительной и надежной, потому что они включают эту схему в общий ряд формальных классификаций, принятых в палеоботанике.

Дело в том, что остатки заведомо единого биологически растения очень различны по своим признакам: древесина и цветок, лист и пыльца, корень и плод, взятые порознь, как правило, не имеют между собой ничего общего. Поэтому в палеоботанике существует целый ряд систематик по отдельным органам растений. Плод называют одним именем, лист — другим, пыльцу — третьим. И если находят ветку с листом, цветком или плодом, то не видят в этом никакой трагедии: описывают каждый орган порознь, а потом в примечании пишут, что все они — части одного растения.

Советский палеоботаник С. Мейен объясняет необходимость подобных систематик следующим образом. Никто не пытается уши, хвост и лапы собаки называть разными именами. Но ведь уши не бегают отдельно от хвоста! А листья в ископаемом состоянии, как правило, встречаются отдельно от цветов и плодов.

При этом похожие листья или корни могут быть у разных растений. И напротив — одно и то же растение может иметь очень различные по форме листья. Вспомним хотя бы, как прорастает огуречное семечко, воткнутое в землю. Первые два листика — маленькие, овальные и гладкие, последующие — крупные, мохнатые, треугольные. Или вспомним, что происходит с яблонями в заброшенном, одичавшем саду. Их мелкие кислые яблоки очень мало похожи на крупные сочные плоды, которые то же самое дерево давало всего несколько лет назад.

Все эти замечания полностью применимы и к строматолитам. Мы очень редко видим целиком хорошо обнаженные и полностью развитые биогермы. Чаще всего попадаются отдельные его фрагменты, причем далеко не всегда видно, как они соотносятся друг с другом. Но это не мешает сравнивать однотипные постройки и делать определения возраста. Там, где можно, мы изучаем и соотношения построек в биогерме, и стадии роста, и влияние внешних условий. В будущем, возможно, удастся создать и более близкую к естественной систему строматолитов. Но пока мы пользуемся формальной классификацией, отчетливо сознавая все ее слабые стороны, но не отказываясь от практической пользы, которую она нам дает.

Наконец, последний вопрос. Мы говорим о закономерной изменчивости некоторых признаков строматолитов, о закономерной смене во времени комплексов этих остатков. В одном месте промелькнуло даже слово «эволюция». Можно ли говорить об эволюции образований, которые сами по себе даже не росли, а только пассивно отражали развитие каких-то водорослевых колоний? Сначала подобные вопросы казались мне надуманными и чисто умозрительными. Ведь слово «эволюция» относится и к организмам, и к обществу, и к предметам. Говорим же мы: «эволюция летательных аппаратов», хотя совершенно ясно, что самолеты не развиваются сами по себе, а отражают развитие научной мысли теоретиков и конструкторов и технические возможности сегодняшнего дня. Параллель несколько отдаленная, но правомочная.

Однако из обсуждения этой проблемы стало очевидным, что необходимо более строго и четко относиться к терминологии, касающейся строматолитовых построек. Так, во многих работах последних лет часто встречаются слова «ветвление», «ветвящийся». Это не точно. Палеонтологи, характеризуя постройки рифостроителей (кораллов, мшанок и др.), пользуются описательными терминами: «ветвистость», «ветвистый» и т. п. Казалось бы, мелочь. Но дело-то в том, что постройки этих организмов, как и строматолитовые, растут не сами собой, а нарастают в результате жизнедеятельности колонии организмов. «Рост» их заведомо пассивен, поэтому и в терминах следует избегать слов, говорящих о каком-то активном действии, таком, каким является, в частности, слово «ветвление».

Несомненно, что еще не раз придется пересматривать и многие другие разделы строматолитологии (как раньше с оттенком иронии назвал нашу науку А. Г. Вологдин). И не только для того, чтобы уточнить нюансы какого-нибудь термина. Работа еще только начинается.

Определение возраста — одна из важных задач, стоящих перед палеонтологами. Другая проблема — определение условий, существовавших в далекие времена. И строматолиты дают здесь немало интересных сведений.

Прежде всего их строили водоросли, а для жизни водорослей нужен свет. Значит, места, где они росли, не могли быть слишком глубоководными. Более того, наблюдения над современными строматолитами показали, что большинство столбчатых построек образуется в приливно-отливной зоне, в той полосе морского дна, которая покрыта водой во время прилива и осушается при отливе. Пластовые волнисто-слоистые постройки образуются тоже в прибрежных, но более глубоких участках, которые никогда не осушаются при отливах. Конечно, нельзя механически переносить эти закономерности на древние водорослевые постройки, но учитывать эти данные можно и нужно.

Еще одна особенность современных строматолитов заключается в том, что они обычно встречаются в участках моря или в озерах с непостоянным солевым режимом. Своеобразие режима таких водоемов состоит в резких колебаниях солености от повышенной (по сравнению с обычным морем) до значительного опреснения.

Так, плоская отмель вблизи Багамских островов похожа, по образному выражению английского исследователя М. Блэка, «на гигантскую сковороду для выпаривания воды». В жаркий засушливый период соленость значительно повышается, а в период дождей с пологих островных берегов стекает вода, значительно опресняющая прибрежное море. Еще более значительны колебания солености в заливах у северного побережья Австралии, где тоже известны современные строматолитовые постройки. Подобная картина наблюдается и в Большом Соленом озере (США), причем из опубликованной американскими геологами карты видно, что больше всего строматолитов образуется там, где в соленое озеро впадают пресные речки или временные потоки, приносящие пресную воду весной или после дождей.

В этом, очевидно, таится разгадка одной особенности, подмеченной В. П. Масловым: строматолиты являются «антагонистами» животных. В палеозойских и мезозойских отложениях в слоях, где есть строматолиты, обычно не бывает каких-либо других органических остатков. Это вполне понятно. Животные могут жить либо в опресненном, либо в осолоненном водоеме, и только очень немногие из них выдерживают резкие колебания — от почти пресной воды до рассола.

Эта особенность строматолитов иногда позволяет решать вопросы, давно интересовавшие палеонтологов и геологов. Одной из загадочных проблем была обстановка во время образования пород так называемого караганского горизонта в неогеновых отложениях Керченского полуострова в Крыму. Вообще третичные отложения Крыма изучены тщательно. Геологи давно точно установили, когда море наступало на сушу и откатывалось обратно, когда имело нормальную соленость, опреснялось или осолонялось. И только караганские известняки, песчаники и глины давали очень противоречивые сведения об условиях их образования. С одной стороны, они несут следы явного осолонения. В них, в частности, заключены линзы и пласты гипса. С другой стороны, в этих отложениях встречены ракушки, которые живут только в опресненных водоемах. Изучение строматолитов из этого горизонта показало, что водорослевые постройки были распределены на дне караганского моря очень неравномерно. Они образуют мелкие желваки и корки в западной части полуострова и строят крупные биогермы в центральных его частях. Эти биогермы своеобразным барьером опоясывают юго-восточную часть полуострова, где как раз и расположены основные залежи гипса.

Все это позволяет нарисовать отчетливую картину географической обстановки того времени. На месте юго-восточной части теперешнего Керченского полуострова существовала, по-видимому, осолоненная лагуна, в которой осаждались гипсоносные глины, а западнее простиралась отмель, причем где-то поблизости в море впадала пресная река или несколько рек. В зоне, где смешивались пресные и соленые воды, развивались синезеленые водоросли, строившие строматолиты. Самые крупные и разнообразные строматолитовые постройки приходятся на узкую полосу, где непосредственно смыкались осолоненные воды лагуны и опресненные воды отмели.

Этот пример показывает, что строматолиты могут приносить несомненную пользу при изучении даже тех отложений, которые заслуженно считаются хорошо изученными и хорошо охарактеризованными «настоящими» палеонтологическими остатками, в частности моллюсками. Можно надеяться, что в будущем точность сопоставлений, определений возраста и выяснения условий образования более древних, докембрийских отложений будет неуклонно повышаться. Детали строения строматолитовых биогермов помогут создавать точные карты условий осадкообразования, существовавших сотни миллионов лет тому назад.

Строматолитовые породы, как уже отмечалось, часто представляют собой красивый поделочный и декоративный камень. Кроме того, строматолитовые известняки нередко замещаются различными минералами, имеющими практическое значение. Так, на Южном Урале, недалеко от Златоуста, находится знаменитое Бакальское месторождение железных руд, Основная часть бакальских сидеритов и бурых железняков представляет собой первичную карбонатную породу, нацело замещенную солями железа. Такие же очень чистые железняки, развившиеся на месте первичных строматолитовых пород, известны на Дальнем Востоке и в Китае. В Прибайкалье встречены строматолиты, замещенные фосфоритами, в Каратау — окислами марганца, в Тянь-Шане — колчеданными рудами цветных металлов. Подобные примеры можно значительно умножить.

Помогают строматолиты и тектонистам-геологам, изучающим строение земной коры. При отложении осадков в море слои лежали горизонтально. Но во многих местах в течение многих миллионов лет неоднократно проявлялись мощные внутренние силы Земли, которые создавали на месте бывших морей горные хребты, сминали слои в складки, разбивали их разломами. Во многих местах слои расположены не горизонтально, а наклонно, вертикально, а то и перевернуты, так что более древние пласты оказались сверху, а более молодые — внизу. Подходя к такому пласту, геолог должен уметь определить, где у него верх и где — подошва.

Обычно это без труда можно сделать в слоистых песчаных или сланцевых породах. Но в однородных известняках, разбитых трещинами, такая задача часто становится неразрешимой. На помощь могут прийти строматолиты — ведь выпуклая поверхность образующих их слоев всегда обращена кверху. И если мы видим весь строматолитовый биогерм или его значительную часть, мы легко определяем, где у него низ и где — кровля. Некоторая трудность может возникнуть при плохой обнаженности, если мы встретим столбики из краевой части строматолитового «куста», которые могут быть наклонены в сторону иногда под значительными углами. Но при некотором навыке узнавать такие постройки и отличать их от столбиков из центральных частей биогерма удается без большого труда.

Иногда можно встретить ссылку еще на одну интересную особенность строматолитов. Встречаются биогермы с узкими уплощенными столбиками. В поперечном сечении такие столбики имеют форму длинных узких эллипсов. М. А. Семихатов выделял часть таких строматолитов в группу (морфологический род) пителла, И. К. Королюк выделяла группу плателла, А. Г. Вологдин — род параллелофитон. Делались различные попытки объяснить это явление. Вологдин считал, что мы имеем дело с проявлениями фитотропизма. Водоросли, строившие такие строматолиты, лучше росли в том направлении, где было больше света. Стало быть, длинные оси таких столбиков указывают нам, в какой стороне находился в те далекие времена юг. Конечно, это очень заманчиво — своими руками пощупать, так сказать, отпечатки древних меридианов. Но есть и другое объяснение. Изучение современных и ископаемых рифов показало, что подобные вытянутые и уплощенные постройки встречаются очень часто и у кораллов, и у строматопороидей, и у других рифообразователей. Ориентированы эти валики (точнее — расположенные между ними борозды) перпендикулярно береговой линии и указывают не на географический меридиан, а на направление приливно-отливных течений. Это не снижает интереса к параллелофитонам — ведь знать очертания древних морей и континентов тоже очень важно и интересно. Но, к сожалению, такие постройки пока известны всего в нескольких точках, и сколько-нибудь точной карты по ним не нарисуешь.

Строматолитология — наука довольно молодая и, несомненно, очень перспективная. За последние 10 лет строматолиты были обнаружены практически во всех районах нашей страны. Изучение их позволило уверенно сопоставить одновозрастные докембрийские толщи от Колымы и Охотского моря до Кольского полуострова и от Тянь-Шаня до Таймыра. Появляются новые интересные работы и по зарубежным строматолитам.

Исследования, проведенные в нашей стране в течение последних 10 лет, значительно расширили наши знания о строматолитах и, как ни парадоксально это звучит, значительно затруднили возможности их сравнения с формами, описанными учеными других стран. Это объясняется в первую очередь тем, что выявлялись новые диагностические признаки строматолитов, о которых в иностранных работах даже не упоминалось. Распространилось даже мнение о том, что строматолиты могут использоваться только как указатели условий осадконакопления в водоемах и не имеют значения для определения возраста горных пород, в которых они заключены.

Однако в последние два-три года выводы, сделанные советскими исследователями, получили, подтверждение и на зарубежном материале. В нашей стране побывали Н. Меньшиков, Ж. Шубер, П. Клауд, М. Глесснер и другие крупнейшие исследователи верхнего докембрия. Стал налаживаться обмен научной литературой и образцами, а советские специалисты посетили другие страны для изучения музейных коллекций и для сбора образцов. И вот — первые результаты. Во Франции, в Австралии и в Индии было начато изучение строматолитов с детальным исследованием их морфологических и текстурных особенностей и с применением графического препарирования. При этом выяснилось, что докембрийские строматолиты различных континентов очень похожи на уральские и сибирские формы. Появились описания и изображения африканских якутофитонов, корейских и индийских байкалий, австралийских линелл. Наиболее распространенной формой является Inzeria tjomusi, известная сейчас от Австралии и Южной Африки до Шпицбергена и низовьев Енисея. Выводы, полученные советскими исследователями по рифейским строматолитам нашей страны, подтверждаются зарубежными специалистами на материалах других континентов. Создание единой для всех континентов биостратиграфической шкалы докембрия становится реальной задачей завтрашнего дня.