Принцип биостратиграфического расчленения и корреляции ( принцип В . Смита )

 

По признанию большинства историков геологии, биостратиграфия или, точнее, использование палеонтологического метода в стратигра­фии ведет начало от исследований В. Смита, результаты которых были опубликованы в двух его основных сочинениях: «Слои, распознавае­мые по органическим ископаемым» и «Стратиграфическая система орга­нических ископаемых». В них изложен и принцип, лежащий в основе предложенного им метода. Краткость и не всегда достаточная четкость первоначальных формулировок В. Смита явились источником расхож­дений между отдельными исследователями при попытке их истолкова­ния. Возникли и значительные противоречия в оценке В.Смита как биостратиграфа.

Вот как сформулировал сам В. Смит основы своего метода¹⁷. «Мой метод распределения ископаемых соответственно слоям, их содер­жащим, уже давно был признан всеми, кому были сообщены мои пер­вые открытия. Лица, знающие его, смогут при помощи этой рабо­ты внести значительное усовершенствование в своих коллекциях, которое им сейчас предлагается. В нем с наибольшей пользой соче­тается послойное и систематическое распределение (ископаемых). Все местонахождения каждого вида в каждом слое перечислены в по­рядке последовательности их залегания, что показывает, как образ­цы ископаемых, будучи правильно размещены, могут использовать­ся для распознавания «слоев». Мой оригинальный метод прослежива­ния слоев при помощи органических ископаемых, заключенных в них, таким образом, доведен до степени простоты, делающей нетруд­ным его изучение. Со времени первого письменного отчета об этом открытии, который был разослан в 1799 г., он тщательно изучался моими научными коллегами в окрестностях Бата. Некоторые из них отыскивают выходы различных слоев в этом районе с такой уверен­ностью обнаружения в соответствующих горных породах характер­ных для них ископаемых, как если бы они находились на полках их кол­лекционных шкафов.

Эта особая отрасль геологии (стратиграфия), уже доказала, что большая часть земной поверхности кишела живыми существами и что животные и растения, так хорошо сохранившиеся в твердых частях внутренности Земли, настолько существенно отличаются от ныне существующих, что они могут рассматриваться как новое творение или, скорее, как еще неоткрытая часть старого творения

 

________________________________________

¹⁷ В книге «Стратиграфическая система органических ископаемых» [Smith, 1817]

. -30-

 Они являются главным образом морскими (организмами), и по­скольку они вообще отличаются от нынешних обитателей моря, то в отдельные периоды формирования Земли они также сильно отли­чались друг от друга, настолько, что каждый слой этих ископаемых органических тел должен рассматриваться как отдельный акт тво­рения. Иначе, как Земля могла сформироваться Stratum super Stratum (слой над слоем), причем каждый из этих слоев содержит в изобилии различные расы животных и растений. Несомненно, что эти бесчис­ленные хорошо сохранившиеся органические ископаемые не являют­ся результатами игры природы, помещенные туда для того, чтобы возбуждать праздное любопытство, но что они должны, как и другие произведения Великого Творца, иметь свое назначение. Шахтер дав­но распознавал, таким образом, положение своих отдельных вырабо­ток в шахтах, так почему же не должны делать то же самое, но бо­лее обстоятельно ученые, землевладельцы, рабочие в каменоломнях и каменотесы? В результате моих трудов установлен для этого метод, и поэтому распознавание слоев при помощи органических ис­копаемых становится одним из наиболее важных новейших откры­тий геологии. Оно дает возможность геологу отчетливо отличать один слой от другого не только на Британских островах, но также прослеживать их связь с теми же слоями на континенте. Таким об­разом, этот метод пригоден как для самого широкого, так и узко локального использования».

В этой же работе В. Смита имеется краткая формулировка его прин­ципа, получившая наибольшую известность: «Сходные слои содержат сходные ископаемые» («Similar strata contain similar fossils»}.

Эта краткая формулировка принципа В. Смита в интерпретации пос­ледующих авторов претерпевала подчас довольно значительную транс­формацию. Наиболее точно передает первоначальный смысл краткого определения В. Смита формулировка, предложенная            А. Н. Криштофовичем: «.Отложения одинакового возраста содержат одинаковую фауну или флору». Приведя это определение,                  А. Н. Криштофович от­метил, что «основной принцип стратиграфии... в самом своем суще­стве ошибочен, если понимать это положение буквально». Следует подчеркнуть, однако, что из формулировки В.Смита «сходные слои содержат сходные ископаемые» не ясно, вкладывал ли он в понятие «сходные слои» представление об их дновозрастности. Ве­роятно, поэтому некоторые авторы предпочитают более осторожное тол­кование принципа В. Смита как исходной концепции биостратиг рафии. Между тем в приведенной выше цитате из сочинения В.Смита, содер­жащей развернутую характеристику сущности и оценку его метода, мы находим прямое указание на возможность использования его для кор­реляции отдаленных разрезов. Это позволило Д. Л. Степанову назвать

-31 –

принцип В. Смита «принципом биостратиграфического расчленения и корреляции», предложив для него следующую формулировку; отло­жения можно различать и сопоставлять по заключенным в них иско­паемым.

Не все авторы считают В. Смита основоположником биостратигра-фии, К таковым относятся Г, П. Леонов, С. В. Мейен. К числу сторонни­ков мнения о В, Смите как об основоположнике стратиграфии и, в час­тности биостратиграфии, относятся И. В, Круть, Ю. В. Тесленко, Т. Ни-колов, Д. Л. Степанов и М. С. Месежников.

С. В. Мейен предлагал выделять принцип Гексли (Huxley)18, но этот принцип, по мнению Д. Л. Степанова и М. С. Месежникова, ничем не отличается от только что рассмотренного принципа В.Смита. Но так как принцип Гексли с подачи С. В. Мейена укоренился в научной и научно-методической литературе, остановим свое внимание и на нем.

 

      3.8.          Принцип Гексли (принцип сопоставления

 одинаковых последовательностей)

 

Перед нами два разреза с одинаковыми последовательностями от­ложений (мощность в данном конкретном примере никакой роли не иг­рает).

 

 

Одинаковая последовательность называется гомотаксальностью¹⁹. Одинаковые последовательности очевидно можно сопоставить. А. Броньяр и др. одинаковую последовательность автоматически счи­тали одновременностью. На самом деле в удаленных районах одина­ковые последовательности (фаун) могут быть не строго одновремен­ными (в пределах точности метода), т. е. гомотаксальными.

Одновременность нужно доказать. Внутри регионов это делают с помощью опорных горизонтов, являющихся разновидностью маркиру-

 

 

¹⁹ В настоящее время существует мнение о том, что принцип Смита есть частное проявление принципа Гексли и в литературе иногда фигурирует как прин­цип Смита—Гексли

²⁰ От греч. homos — равный, одинаковый и taxis — расположение по порядку.

-32-

ющих горизонтов. Опорные горизонты в масштабах геологического вре­мени могут считаться изохронными (одновозрастными во всех своих точках). Примерами опорных горизонтов может быть спой вулканичес-кого пепла на ограниченной территории; базальный конгломерат, обра­зовавшийся при внезапном вторжении моря (ингресии).

А. И. Жамойда предлагает следующую формулировку: «Стратиг­рафическая корреляция конкретных разрезов, если непосредствен­ное прослеживание невозможно, осуществляется сопоставлением го-мотаксальных, т. е. идентичных последовательностей сходных При­знаков, в том числе обстановок и событий прошлого».

Таким образом, смысл принципа Гексли в том, что в двух разрезах одинаковые стратиграфические последовательности сопоставля­ются. По С. В. Мейену, сущность принципа Гексли состоит в том, что он «устанавливает хронологические отношения пространственно разобщенных последовательностей геологических тел».

 

3.9. Принцип палеонтологической сукцессии20 (принцип Ж. Сулави—В. Смита)

 

В тесной связи с выше рассмотренным принципом В. Смита (иногда даже объединяемое с ним) находится положение о различии комплек­сов ископаемых разновозрастных отложений, последовательно сменя-ющих друг друга. В какой-то мере это положение действительно отра­жено в приведенных высказываниях В. Смита о формировании Земли слой за слоем и соответственно о многократных актах творения живот­ных и растений, объясняющих различие комплексов окаменелостей различных слоев. Однако еще за два десятилетия до первого сообще­ния В. Смита о результатах его исследований на Британских островах во Франции в 1780 г. был опубликован текст доклада аббата Жиро Су­лави «Естественная история Южной Франции», прочитанного им в 1779 г. в Королевской академии наук. Для целей стратиграфии главный интерес представляет глава VIll этого сочинения, основные выводы ко­торой изложены Ж. Сулави в следующих словах.

«Залегание друг над другом различных известняковых толщ; их пос­ледовательное формирование под водами океана. Эпохи различных ископаемых соответствуют слоям, которые их содержат. Первый век царство раковин (моллюсков), которые не живут сейчас, Второй век: царство предыдущих раковин (моллюсков) и некоторых других с подоб-ными ныне живущим формам. Третий век: царство моллюсков, исклю­чительно ныне живущих в наших морях. Четвертый век: царство рыб и

²⁰ От лат. successio — последовательность — закономерная смена биоце­нозов во времени, не связанная с эволюционными изменениями видов.

-33-

растений, известных ныне. Пятый век: окаменелые деревья, гравий, кости ископаемых животных и пр.». В заключение последующего рас­смотрения палеонтологической характеристики первых трех из пере­численных «царств» говорится: «Мы видим теперь, что хронологичес­кий порядок этих трех различных царств согласуется с последователь­ностью залегания и сравнительным возрастом каждого слоя».

По мнению Г. Шенка, эти высказывания Ж. Сулави наводят на мысль о признании им того, что мы называем сейчас эволюцией органическо­го мира. Во всяком случае, несомненно, что Ж. Сулави четко охаракте­ризовал последовательную смену в разрезе комплексов остатков орга­низмов, соответствующих хронологической последовательности отдель­ных установленных им этапов развития («царств») органического мира. Ряд исследователей рассматривает концепцию Ж. Сулави в качестве фундаментального принципа или закона стратиграфии (закона пале­онтологической сукцессии).

Поскольку В. Смит подошел в своих исследованиях к близким выво­дам, по-видимому, независимо от Ж. Сулави, можно справедливо обо­значать принцип последовательной смены комплексов ископаемых, или палеонтологической сукцессии как принцип Ж. Сулави—В. Смита, Он, как уже отмечалось, тесно связан с основным принципом В. Смита и дополняет его более отчетливо выраженным историческим подходом к объяснению различий комплексов ископаемых из отложений, занима­ющих различное положение в разрезе.

В качестве краткого определения сути принципа палеонтологичес­кой сукцессии можно принять формулировку Дж. Энтони: «Ископаемые фауны и флоры следуют друг за другом в определенном, могущем быть выясненном порядке».

 

            3.10. Принцип выбора хронологически

                       взаимозаменяемых признаков (принцип С. В. Мейена)

 

Очень часто в геологии приходится сопоставлять разнофациальные разрезы (морские, континентальные, лагунные). Их сопоставление пред­ставляет серьезные трудности в работе стратиграфов, т. к. ни один из признаков (последовательностей признаков) не может протягиваться на значительное (в масштабах земного шара) расстояние. Выход есть, и он заключается в выборе признаков, которые хронологически взаимозаменяют друг друга²¹.

 

²¹ Стратиграфы много говорят о комплексности, подразумевая под этим сум­мирование результатов, полученных различными методами по различным при­знакам (по нескольким группам биофоссилий, радиохронометрии, палеомаг-нитньм данным). Если эти результаты противоречат друг другу, то традиционная

 

 

-34-

Сам автор принципа, названного позднее в его честь, не привел емкой формулировки этого принципа. Вот как он звучит в формулиров­ке А. И.Жамойды: «Различное, частично перекрывающееся площад­ное распространение и комплексирование стратиграфических при­знаков обеспечивают их хронологическую взаимозаменяемость, яв­ляющуюся основой внутри- и межрегиональной, вплоть до планетар­ной, корреляции по серии признаков наибольшего веса».

Рассмотрим этот принцип на некоторых примерах.

Пример 1. В данном примере признаки С и F являются хронологи­чески взаимозаменяемыми.

 

D		D
С		F
В		В
А		А

 

 

Более сложный пример.

 

 

                          1                    2                  3

MN		NO		OP
KL		LR		RQ
AB		ВС		CD

 

Очевидно, что непосредственно сопоставить разрезы 1 и 3 невоз­можно (согласно принципа Гексли), т. к. между ними нет ничего общего. Сопоставление возможно при наличии переходного разреза 2, который содержит хронологически взаимозаменяемые признаки как 1-го, так и 3-го разреза.

 

теория не указывает какого-либо способа разрешения противоречий, кроме компромисса (если по моллюскам возраст сеноманский, а по иглокожим — сан-тонский, сойдемся на туроне), В стратиграфии все наличные признаки и весь арсенал методов привлекаются для выработки объяснительной стратиграфи­ческой гипотезы и ее проверки. Таким образом, комплексирование происходит вокруг каких-то идей, служащих стержнем исследования. Преимущество имеют те признаки, стратиграфические отношения которых легче всего поддаются объяснению в конкретной ситуации. Поэтому, наверно есть смысл ввести в оби­ход стратиграфии принцип выбора из взаимоисключающих признаков со следу­ющей рабочей формулировкой: в случае обнаружения признаков, взаимоис­ключающих друг друга, приоритет отдается тому из них, который менее противоречит сложившейся ситуации.

 

-35-

 

На реальном геологическом примере это будет означать сопостав­ление морских и континентальных разрезов через отложения переход­ного (лагунного) типа.

 

I (морской)           II (лагунный)                      III (континентальный)

Аммониты             Остракоды                              Миоспоры                                                                                                                    

Остракоды             Миоспоры                 Кости наземных животных

 

Вопросы к главе 3

 

1. Что такое диастема?

2. В чем сущность принципа Н. Стенона?

3. В чем основная заслуга В. Смита?

4. Что такое гомотаксальность?

5. Что такое сукцессия?

 

 

Глава 4. ВРЕМЯ В СТРАТИГРАФИИ

Проблема времени (пространства—времени) и его измерения в гео­логии, возможно, одна из самых запутанных и сложных, хотя по праву занимает в геологии, как и в любой исторической науке, центральное место. В связи с этим возникает потребность сравнения содержания понятий «геологическое время—пространство» как с содержанием об­щенаучных (философских) категорий времени и пространства, так и с их выражением в других специальных областях знаний. В стратигра­фии время, как отмечают Д. Л. Степанов и М. С. Месежников, выступа­ет в качестве основного организующего начала, т. к. все стратиграфи­ческие выводы имеют смысл лишь постольку поскольку они решают вопрос об одновременности или последовательности геологических событий, приводящих к образованию или необразованию осадочных толщ. Поэтому неудивительно, что проблема времени уже более ста лет обсуждается стратиграфами и интерес к ней все более возрастает. Определяя время геологического процесса главной целью стратиг­рафических исследований, необходимо остановиться на рассмотрении основных свойств этой характеристики геологического движения мате­рии и методов ее изучения. Здесь следует уделить внимание общим представлениям о времени и главным принципам его исследования.

Современное общенаучное представление о времени и простран­стве опирается, главным образом, на результаты исследований, полу­ченных в физике.

Существует разное понимание времени. По И. Ньютону, время — абсолютно, протекает равномерно, не связано ни с пространством, ни с какими-либо процессами и иначе называется длительностью.

По Г. В. Лейбницу, время существует постольку, поскольку идет ка­кой-то процесс. Измерение времени— это слежение за несколькими независимыми процессами, один из которых принимают как эталонный. Релятивистская концепция времени связана с именем А. Эйнштей­на. Он ввел понятие собственного, локального и универсального вре­мени. Собственное время — это временные соотношения между собы­тиями, происходящими только в данной системе отсчета, локальное время устанавливается в каждой движущейся системе, универсальное время представляет собой искусственную шкалу отсчета, применяемую для сравнения процессов в отдельных системах. Одно из центральных положений теории относительности, полностью воспринятое многими геологами (С. В. Мейен, К. В. Симаков, И. В. Круть и др.), заключается в том, что время и пространство существуют не сами по себе, в отрыве от материи, а находятся с ней в универсальной взаимосвязи, в которой они теряют самостоятельность и выступают как стороны единого мно­гообразного процесса.

 

-37-

Вот, например, что высказывает по этому поводу С. В. Мейен: «Пси­хологически время воспринимается через наши внутренние процес­сы и внешние, прежде всего, астрономические явления (смена дня и ночи, времени вода). 8 человеческом восприятии эти астрономичес­кие явления, а также искусственные часы олицетворяют самостоя­тельность времени, создают внешние временные рамки для всего, что происходит вокруг. Эта философия абсолютного времени, со­ответствующая классической механике Ньютона, вошла в плоть и кровь стратиграфов. Именно на ней основано противопоставление субстратных (представленных осадками) стратиграфических под­разделений геохронологическим, будь то местным или планетарным. Лишь меньшинство теоретиков стратиграфии в полной мере осознали, что такое противопоставление несовместимо с современ­ной физической картиной мира, в частности с общей теорией отно­сительности».

В философии время и пространство предстают как всеобщие фор­мы существования материи, имеющие объективный характер. Время определяется как форма последовательной смены явлений и состоя­ний материи, характеризующее длительность их бытия, а простран­ство — форма сосуществования материальных объектов и процессов, характеризующая структурность и протяженность материальных сис­тем. Время и пространство неразрывно связаны друг с другом. Универ­сальным свойством времени и пространства является длительность (протяженность), неповторяемость, необратимость, единство прерыв­ности и непрерывности.

Появление и распространение в науке таких понятий, как «астроно­мическое время», «геологическое время», «биологическое время», яко­бы отражающих специфику соответствующих процессов, можно расце­нить не что иное, как недостаточность и нечеткость общефилософской формулировки пространства—времени (так же, как и многих других ка­тегорий).

И все же в рамках данного учебного пособия остановимся на поня­тии геологического времени. Теоретическая стратиграфия привнесла в геологию представления о времени и пространстве, заимствованные из физики без учета особенностей геологического процесса. Между тем, специфика и многообразие различных форм движения материи пред­полагают, что теория, пригодная в физике, описывает только часть об­щей картины мира.

Очень много внимания для рассмотрения проблемы геологического времени уделил К. В. Симаков. По его мнению, во-первых, реальное геологическое время не динамическое, воспринимаемое как «непре­рывно текущая продолжительность» (т. е. количественно), а статис­тическое, которое отображает «качественно-различные последователь-

 

-38-

ные состояния одной и той же или сменяющих друг друга материаль­ных систем», и, во-вторых, «статистическая природа геологической ин­формации... исключает принципиальную возможность сведения гео­логического времени к физическому (обыденному)» - ньютоновскому.

Близкого мнения придерживается С. В. Мейен. Он считает, что «вы­ражение «геологическая летопись» оказывается поразительно точным и полностью соответствует неклассическим (неньютоновским) представ­лениям и времени. Надо только помнить, что помимо времени, фикси­рованного в этой летописи, никакого другого времени у геолога нет, и не может быть». И соответственно геологическое время вовсе не иден­тично физическому, что существенно ограничивает применение неко­торых понятий и методов в геологии.

Если принять за начало отсчета физическую форму существования материй, то далее можно выделить следующие формы организации материи по нарастанию сложности и специфичности: геологическое движение материи, биологическое движение материи и ноосферное движение материи. Каждый член приведенного выше ряда представ­ляет собой качественно более высокую ступень эволюции материи. Для более высоких форм существования материи характерным является движение как развитие, т. е. цепь сложных качественных превращений. Все это в итоге находит свое отражение в соответствующих преобразо­ваниях их времени-пространства.

С другой стороны, в естественных науках проблема времени нераз­делима с проблемой его измерения, т. е. с выбором и градуировкой сис­темы пространственно-временных координат. В этом случае возникает проблема рассмотрения координат и метрики геологического времени.

Цель измерения геологического времени заключается в выяснении последовательности геологических событий. Определение момента, продолжительности событий геологического прошлого Земли возмож­но путем установления порядка напластования и взаимоотношений гео­логических тел, слагающих литосферу. Поставленные цели и пути их возможной реализации определяют основное требование к шкале гео­логического времени: ее деления должны быть индивидуализированы, узнаваемы и достаточно определенно отличимы одно от другого.