Архів під ногами

Щодня ми ходимо по землі і не дуже замислюємося, що ж саме знаходиться у нас під ногами. Земля – та й годі. Нічого особливого. Тверда, коли панує спека. Слизька після дощу. Закоцюбла взимку. Але, якщо взяти лопату і трохи заглибитися під поверхню грунту, допитлива людина побачить безліч цікавого і таємничого. Землю з певністю можна назвати справжнім архівом, який створила сама природа.

Це особливий архів. Він охоплює сотні мільйонів квадратних кілометрів^[1], покриваючи всі материки та дно океанів. На ньому стоять міста, шумлять ліси, колосяться ниви. А в глибині ховаються дивовижні «документи», які розповідають про те, що відбувалося на планеті мільйони років тому, коли ще не було людей. Тепер найважливіші для історії документи зберігають і надають для здійснення наукових розвідок спеціальні установи – архіви. То які ж «документи» містить земля і хто їх збирає?

Всі знають: якщо кімнату не прибирати кілька днів, на підлозі з’являється тоненький шар пилу. А поверхню Землі ніхто не прибирає. От часточки пилу і відкладаються на ній, дедалі щільнішим шаром вкриваючи земну поверхню.

Відомо, що в усі часи, відтоді як планета стала твердою, вітер та вода руйнували гірські породи. Вони розпорошували й розмивали поверхню материків, несли пісок та мул у низини. Якби цього не було, земна поверхня досі залишалася б голою і твердою, бо саме такою є основа материків, яку товстою ковдрою покривають пухкі породи. Вони утворені зі звичайного пилу та осадових порід, які нанесла вода. Геологи називають їх відкладеннями.

Шар відкладень дуже товстий, бо формувався мільярди років із різною швидкістю. Наприклад, коли в Єгипті під шаром піску завтовшки три метри було знайдено будівлі, споруджені за правління фараона Рамзеса II (вченим відомо, що царював він 3 тис. років тому), стало зрозуміло, що швидкість відкладень тут становила один метр за одне тисячоліття. Але така швидкість є винятковою. Зазвичай цей процес відбувається значно повільніше. Так, спостереження за роботою води й вітру в Англії свідчать про те, що тут за тисячу років відкладається шар породи завтовшки близько 3 см породи, а в Північній Америці – завтовшки лише 1 см.

Вітру та воді допомагають льодовики, які повільно рухаються величезною крижаною стрічкою і тягнуть за собою каміння, пісок і все, що зустрічають на своєму шляху. Коли клімат теплішає, вони тануть і залишають характерні відкладення з піску та каміння, яке стало гладеньким внаслідок тертя під час руху з льодовиком.

Нашарування відкладень побачити дуже просто. Достатньо поглянути на крутий берег річки. Він відкриває прошарки різного кольору, які лежать один на одному, ніби аркуші в купі паперу, й справді подібні до архівних документів.

Що ж «записано» на тих відкладеннях? Як це не дивно, досвідчена людина може прочитати на них дуже багато.

Якщо обережно знімати шар за шаром, вони починають розповідати про те, що відбувалося в цих місцях у сиву давнину. Скажімо, шар, розписаний дрібними хвильками, – це слід морського прибою. Значить, колись тут було море. Інший шар, трохи скособочений, що тягнеться довгою звивистою смугою, – це слід річки. Якщо вчені знаходять пласти з дрібного пилу або мулу, вони певні, що колись тут віяли слабкі вітри або виблискувало озеро. Піски та дрібне каміння, навпаки, свідчать про бурхливі морські хвилі або сильні вітри. В земних шарах можна знайти також сліди градин, крапель дощу, крижаних кристалів та багато іншого, що допомагає уявити колишній рельєф місцевості та кліматичні умови.

Так виглядають окам’янілі рештки

Колір відкладень теж не випадковий. Наприклад, зеленавий або сіруватий кольори притаманні шарам, які утворилися на морському дні. А червоні піски безпомилково вказують на силурійський період (див. главу «Календар Землі»).

Але ще більше про минуле Землі розповідають рештки живих організмів і рослин, які збереглися в товщі відкладених шарів. Деякі породи майже повністю складаються із залишків викопних організмів, як, наприклад, добре відома нам крейда. В ній спресовані мільярди дрібненьких черепашок давніх молюсків. Таким самим є й вапняк, тільки черепашки, що знаходяться в ньому, більші за ті, що є в крейді. До таких порід належить і кам’яне вугілля, яке утворили окам’янілі дерева, що росли на Землі багато мільйонів років тому.

Зазвичай найдавніші осадові породи лежать глибше за інші. Але під час землетрусів, вулканічних вивержень, зсувів вони можуть зміщуватися, ламатися, перекручуватися. Проте вчені, використовуючи різні методи, вже давно навчилися визначати точний вік порід.

На початку ХХ століття стало відомо, що деякі речовини з плином часу безперервно змінюються. Наприклад, уран, де б і в яких умовах не залягав, згодом перетворюється на свинець. Через сто мільйонів років від 1 кг урану залишиться 985 г, а поряд з ним утвориться 13 г свинцю. Отже, якщо в землі знаходять уран і свинець, можна бути певними, що колись тут був лише уран, і підрахувати вік суміжних порід. Помилка в цьому випадку неможлива, бо звичайний свинець має питому вагу, дещо нижчу за ту, що має свинець, перетворений з урану. Цим методом, щоправда, дуже приблизно, було визначено вік Землі – від 4 до 4,5 млрд років.

Сучасна наука для датування осадових порід користується здатністю атомів калію, який міститься в багатьох гірських породах, перетворюватися на атоми аргону. Це є так зване ізотопне датування, бо нестабільні атоми деяких міне ралів називають ізотопами. Відомо: для того щоб половина атомів калію перетворилася на атоми аргону, потрібно приблизно 11 млн років. Тому встановити вік осадових порід можна шляхом підрахунку атомів аргону.

Якщо припустити, що все знайдене в товщі осадового шару дорівнює віком самому шарові, то можна точно сказати, коли жили тут вимерлі істоти. Якщо окам’янілі рештки таких істот знаходять десь в іншому місці, можна сміливо відносити їх до відкладень того ж часу. Приміром, наявність амонітів яскраво свідчить, що розкопані відкладення належать до юрського періоду.

Наука про динозаврів і K^o

Я тримаю на долоні гладке, біле, схоже на яйце каміння. Я знайшла його на березі озера Гала поблизу стародавньої литовської столиці Тракай. Колись цими землями просунувся льодовик і залишив по собі великі сірі валуни. Мій камінець значно давніший. На його поверхні видно чіткий малюнок черепашки. Я знаю, що це скам’яніла черепашка викопного молюска антракоза, який жив у прісноводних водоймах Європи 300 мільйонів років тому. На підставі саме таких окам’янілостей і роблять висновки вчені щодо історії земного життя.

У містечку Ранчо-ла Бреа поблизу Лос-Анджелеса існує велике скупчення мінеральної смоли, яка просочилася з розташованих неподалік нафтових родовищ. Це – справжній Клондайк для палеонтологів. Мільйони років тому до смоляних ям засмоктало багато мамонтів, мастодонтів, шаблезубих тигрів та інших тварин, які необережно зайшли у смоляну трясовину. Тут знайдено понад мільйон окам’янілостей у чудовому стані.

Давні викопні тварини та рослини вивчає наука палеонтологія. У перекладі з давньогрецької це слово означає «вчення про давнє життя», бо складається зі слів «палеос» – давній, «онтос» – «життя» та «логос» – вчення.

Головним об’єктом досліджень вчених палеонтологів є рештки зниклих тварин і рослин – окам’янілості або викопні рештки. До них належать скам’янілі черепашки молюсків, кістки, зуби, шматочки шкіри, луски, різноманітні сліди і навіть екскременти вимерлих тварин, застиглі в бурштині комахи, відбитки листя та стовбурів дерев.

Жорж Кюв’є

Ось у камені начебто висвердлено вузенькі проходи. Тут колись проповз черв’як або інша червоподібна істота. Ось прокладено смуги. Мабуть, тут лазив якийсь головоногий молюск. А ось бачимо величезні трипалі сліди. Мільйони років тому тут пройшов хтось із давніх ящерів – динозаврів. Такі позначки для вчених є відкритою книгою. За 150 років існування палеонтологія зібрала дуже багато відомостей про минувшину, і палеонтологи знають світ вимерлих тварин так само добре, як зоологи сучасний. Але досі розкрито лише маленьку частину того, що зберігається в надрах Землі. Відкриття тривають.

Часто палеонтологи мають лише одну кістку викопної тварини, та, вивчаючи її, можуть відновити зовнішній вигляд істоти, яка жила багато мільйонів років тому, і навіть умови її життя. Часто палеонтологічні прийоми роботи нагадують методи славнозвісного Шерлока Холмса. Приміром, у червні 2001 р. американські вчені знайшли у штаті Нью-Мексико неповні кістяки двох динозаврів, які жили 90 млн років тому. За кістками та іншими окам’янілостями навколо них було зроблено припущення, що ці тварини були травоїдними і жили в болотяних лісах. Ймовірно, їх вкривало пір’я. Про це свідчать деякі ознаки кістяків, що притаманні птахам. Новознайдені динозаври дістали незвичну назву: Нотро-най-касі.

Засновником палеонтології є видатний французький зоолог, академік Жорж Кюв’є, який жив наприкінці XVIII – на початку XIX століття. Він був найбільшим авторитетом в науці свого часу і мав енциклопедичні знання. Маючи лише одну кістку, він міг встановити зовнішній вигляд тієї чи іншої викопної тварини. Дослідивши кам’яні кар’єри поблизу Парижа, вчений дійшов висновку про те, що колись на Землі жили зовсім інші істоти, які час від часу вимирали, а натомість з’являлися інші, досконаліші. На цій підставі вчений розробив дуже популярну для свого часу, але помилкову «теорію катастроф»^[2]. Кюв’є стверджував, що час від часу все живе на якійсь частині планети гине, а потім життя відновлюється. В історії планети він нарахував чотири таких катастрофи. Більше пощастило іншій його теорії – «теорії типів», яка становила цілу епоху в зоології і стала підгрунтям для сучасної класифікації тварин.

На жаль, до рук учених потрапляє невелика частина решток тварин, які населяли колись Землю. Більшість розклалася і не залишила по собі ніяких слідів. Для утворення окам’янілостей потрібні певні умови.

Головне, щоб тваринні рештки були покриті якимись відкладеннями (наприклад, мулом, піском, вулканічним попелом) до того, як вони почнуть розкладатися. Це може трапитися, якщо тварина опинилася в болоті чи сипких пісках, якщо її вкрив зсув чи вулканічний попіл під час виверження вулкана. В таких випадках кістяк залишається зовсім цілим, бо його не розтягли тварини-трупоїди. Хоч органічні частки згодом все одно розкладаються, але під шаром відкладень на їх місці залишаються порожнини, які повторюють форму істот. Ці порожнини поволі заповнюються твердими мінеральними речовинами, що їх приносять підземні води. Вони можуть відтворити навіть точну копію тіла тварини. Майже те саме відбувається з кістками і черепашками. Їхні пори та порожнини теж мінералізуються і кам’яніють. Саме тому викопні рештки мають майже однаковий колір – колір мінералів, що спричинили скам’яніння. Природні кольори давніх тварин нам не відомі. Кольорові малюнки в популярних виданнях відбивають лише припущення вчених, зроблені на підставі порівняння досліджуваних тварин з близькими до них сучасними істотами.

А от органічна речовина дерев за певних умов замінюється мінералами повністю, на рівні молекул. Тож стовбури скам’янілих дерев мають навіть структуру деревини й річні кільця, що дуже допомагає під час вивчення викопних рослин. Якщо дерева падали у воду, їх заносило мулом і вони без доступу кисню повільно вуглефікувалися. Саме так на місці колишніх боліт утворилися вугільні басейни на зразок нашого Донбасу.

Комахи у бурштині

Дуже пощастило одному з учнів школи села Жовтневе Токмакського району Запорізької області. У старому піщаному кар’єрі він знайшов скам’янілі рештки… слона. Вчені Запорізького державного університету гадають, що кістки належать так званому «південному слону», який жив приблизно 1,5 млн – 500 тис. років тому. Такі знахідки на теренах нашої країни зустрічаються дуже рідко. Востаннє це трапилось у 1940 р., теж у Запорізькій області поблизу міста Приморська. Рештки знаходяться у Палеонтологічному музеї Санкт-Петербурга.

Крім скам’янілих решток давніх організмів, палеонтологи вивчають ще й їхні відбитки. Вони утворюються в разі, коли організм тварини чи рослина повністю розчиняється у відкладеннях. Тоді всередині може залишитися рельєфне зображення, яке відтворює зовнішні риси загиблої істоти або рослини. Листя та м’які тканини тварин можуть мати також вигляд контурного зображення. Багато викопних рослин стали відомі завдяки цьому «винаходу» природи.

1878 року група бельгійських шахтарів, видобуваючи вугілля поблизу селища Берніссарт, наткнулася на величезну кількість кісток. З’ясувалося, що тут колись внаслідок катастрофи загинуло ціле стадо ігуанодонів (див. главу «Величезні травоїди»). Понад тридцять тварин з невідомих причин провалилося в ущелину і там загинули.

Найкраще збереглися тварини, які жили у воді або з якихось причин потрапили до неї. Там їх швидко занесло мулом. М’які тканини згнили, тверді (наприклад, кістки або черепашки) залишилися. Море відступило, річка чи озеро висохло, залишились глинясті породи, вапняк або піщаник, де найчастіше і знаходять окам’янілості.

Дуже рідко, але таки трапляється знайти викопні рештки у вулканічних породах, які утворилися з лави. Одного разу в Орегоні розкопали пустотілу форму цілісінького давнього носорога, який загинув у вогняному потоці 20 млн років тому.

Микола Іванович Андрусов

А от комах найчастіше знаходять у бурштині, який утворився зі смоли викопних дерев. Під час спеки дерева починали «плакати» смолою, в яку й потрапляли необережні дрібні комахи. Потім краплі смоли разом із деревами вкривалися осадовими породами, дерева кам’яніли, смола перетворювалась на бурштин, а комахи зберігалися мов законсервовані. Вони й зараз виглядають так, немов загинули лише кілька днів тому. Але насправді це не так. Всередині бурштинового уламка лишилася пустотіла форма, вистелена тонісінькою плівкою з решток загиблої істоти чи шматочка рослини.

Серед всесвітньо відомих вчених, які працювали в галузі палеонтології, почесне місце належить українцю Миколі Івановичу Андрусову, який став одним із засновників цієї науки. Крім того, він першим дізнався про те, що вода у глибинах Чорного моря містить велику кількість сірководню.

Ювеліри цінують бурштин з комахами значно вище за звичайний. Дуже цінним є він і для палеонтологів, бо комахи, шматочки листя та інші рештки зберігають у бурштині найдрібніші деталі.

Якщо дуже пощастить, вчені знаходять рештки вимерлих тварин, майже неушкоджені часом. В умовах холодного клімату Аляски та Сибіру під час надзвичайної відлиги, внаслідок сповзання грунту час від часу на поверхні з’являються тіла мамонтів та доісторичних носорогів, які у вічній мерзлоті, наче в морозильній камері збереглися дуже добре. Часто недоторканими залишаються смух, шкіра, м’язи, внутрішні органи. Одного разу палеонтологи навіть скуштували мамонтового м’яса, воно виявилося зовсім свіжим і смачним.

Поступово Земля шар за шаром відкриває свої таємниці, але зрозуміти їх дуже нелегко. Іноді, щоб розпізнати риси деяких тварин у камені, вчені змушені розрізати і шліфувати уламок. Так, наприклад, працюють зі скам’янілими рештками трилобітів (див. главу «Календар Землі»), бо вони часто схожі на звичайний камінь. Роблять також так звані керни, тобто спеціальним буром свердлять глибокий отвір, а потім бур виймають із стовпчиком землі всередині. У ньому знаходять багато цікавого. Наприклад, одного разу із землі непошкодженою витягли маленьку викопну ящірку, яка згорнулася у кільце і так померла.

Черепашка вимерлого молюска

Згодом виявилося, що різні гірські породи містять рештки різних давніх істот і рослин. Це дало можливість визначити вік порід, у яких їх знаходили. Особливе значення мають представники так званого «еволюційного тупика», тобто ті рослини та істоти, які доволі швидко зникли або вимерли і не залишили нащадків, наприклад амоніти й трилобіти (див. главу «Календар Землі»). Такі рештки допомагають зробити висновок про конкретний період історії розвитку життя на планеті.

Уявіть собі, що десь в Америці дослідник знайшов у шарі розкопу велику черепашку, закручену на зразок баранячого рога. Колись вона належала молюскові кріоцерапс. Вченим відомо, коли він існував на Землі. Трохи пізніше інший дослідник, цього разу в Європі, теж знайшов шар з такими самими черепашками, але цей шар залягав глибше, ніж в Америці. І все одно обидва вчені зроблять однаковий висновок щодо віку обох шарів і шукатимуть корисні копалини, які сформувалися саме в цей період. Якщо вони знайдуть кістяк якоїсь ще не відомої тварини, то зможуть точно встановити, коли саме вона жила. А якщо їй властиві якісь виняткові особливості, можна буде сказати, коли тваринний світ набув цих особливостей.

За допомогою різних окам’янілостей вчені змогли створити докладну хронологію історії Землі, своєрідний календар з черепашок та деяких інших істот, що охоплює період у сотні мільйонів років.

Про існування динозаврів людям стало відомо зовсім недавно, бо знайдені кістяки кваліфікувалися як залишки драконів або інших казкових чудовиськ. Та в XIX столітті дівчина-англійка Мері Еннінг розкопала скелет ящера, і громадськість нарешті звернула на це увагу. Преса того часу сповіщала: «В Лаймі знайдено повний скам’янілий скелет крокодила». Тепер на цьому місці розбито тематичний динозавровий парк «Лайм Реджис».

Крім того, викопні рештки допомагають з’ясувати, який клімат панував на планеті в певний час, встановити розташування материків, наявність морів, пустель та лісів у доісторичні епохи. Наприклад, на вершинах одного з найбільших і найвищих гірських масивів планети, в Андах, були знайдені морські черепашки. Зрозуміло, що тут колись вирувало море, а гори виникли значно пізніше. А скам’янілі залишки пальм у Гренландії свідчать про те, що в давні часи клімат тут був значно тепліший за сучасний.

Каньйон у Північній Америці, де велися палеонтологічні розкопки