Какими принципами не может поступиться стратиграфия

 

Мы не будем тратить время на изыскание причин того, почему у стратиграфии столь шаткая теоретическая база. Все сразу станет на свое место, как только будут описаны ее «принципы» и прежде всего высветится тот факт, что именно эти пресловутые принципы как раз и аккумулируют объективные трудности, которые не дают возможности подвести под одну из основополагающих геологических дисциплин выверенное фактами теоретическое основание.

Познакомимся с «принципами» поближе. Правда, пусть стратиграфы не обижаются, – не всем принципам будет уделено внимание. Будут рассмотрены лишь те, которые фиксируют суммативный геологический опыт, а не декларируют применимость к природным объектам философских категорий объективности окружающего нас мира и сущностного начала геологического познания.

Многие ученые видели основное предназначение принципов в том, что они должны были сыграть роль своеобразной аксиоматической базы, из которой необходимая теория вытекла бы так же, как теорема о равенстве прямоугольных треугольников из четырех аксиом евклидовой геометрии. Именно этим методологическим казусом можно объяснить тот факт, что многие крупные наши стратиграфы тратили уйму времени на доказательство недоказуемого – они пытались обосновать выводимость принципов одного из другого.

Потом эту затею оставили. Зато нашли другую. Стратиграфы‑теоретики взглянули на принципы глазами стратиграфов‑практиков. При этом сразу отсеклись философские декларации (принцип объективности стратиграфических подразделений, принцип двоякого характера стратиграфических классификаций, принцип необратимости геологической и биологической эволюции и т. п.), банальные истины (принцип универсальности подразделений Международной стратиграфической шкалы, принцип неповторимости подразделений региональных стратиграфических схем и т. п.).

Как своеобразная информация к размышлению осталось около десяти принципов, которые, по крайней мере, можно было обсуждать и обосновывать, либо, напротив, отрицать их значимость в качестве теоретического фундамента науки. При этом все они так или иначе связаны с возможностями биологических часов, т. е. с тем, чтó мы оценили как основание второго великого геологического открытия. Что это за «принципы»?

Это уже знакомые нам принципы последовательности напластования (принцип Стенона), биостратиграфической параллелизации или одновозрастности геологических тел (принцип Смита). Кроме них некоторые ученые в ранг принципов склонны возводить те или иные грани геологической реальности. К их числу можно отнести принципы фациальных различий одновозрастных отложений (принцип Гресли – Реневье), неполноты геологической летописи (принцип Дарвина) и ряд других.

Однако мы уделим более или менее пристальное внимание только трем принципам стратиграфии: переходных слоев (принцип Карпинского), возрастного скольжения подразделений местных стратиграфических схем (принцип Головкинского) и, наконец, хронологической взаимозаменяемости стратиграфических признаков (принцип Мейена).

Почему именно эти принципы, а не другие?

Принцип Карпинского является тем оселком, на котором можно проверить действительное несоответствие эволюции органического мира революционным (скачкообразным) переменам в развитии Земли. Принцип Головкинского, сформулированный задолго до того, как ученые пришли к заключению о мобильном состоянии земной коры, между тем утверждает именно те факты, которые следуют из горизонтального движения плит (в частности, континентов). Понятно, что оба они «неудобны» в практической работе, ибо, если следовать принципу Карпинского, то рубежи между подразделениями Международной стратиграфической шкалы должны сами иметь фиксированную длительность, что, вообще говоря, не очень желательно. Если же следовать принципу Головкинского, то задача синхронизации разрезов (и без того крайне сложная) становится почти неразрешимой. Но это – все же сложности чисто практического свойства. Наука с ними считаться не должна.

Поясним вкратце суть этих принципов.

«Natura non facit saltum» («Природа не делает скачков») – это был любимый афоризм Линнея. Именно из этого мировоззренческого постулата родились теория постепенного видообразования Ламарка, теория униформизма Лайеля и даже эволюционная теория Дарвина. Названному постулату противопоставлялись факты резкой смены видов в разрезе, стратиграфических, тектонических и прочих «несогласий». Одним словом, тезис прямо противоположный – природа движется в своем развитии скачками. Мы знаем уже, что и тот и другой взгляд на прошлое Земли имел под собой почву.

Любопытно, что еще задолго до того, как Карпинский с фактами в руках доказал наличие в ряде разрезов так называемых «переходных форм фауны», профессор Петербургского горного института Д. И. Соколов в своем «Курсе геогнозии», – первом полноценном учебнике геологии, составленном русским ученым, – весьма точно вычислил (фактами он не располагал), что виды должны изменяться постепенно и следы этих изменений должны быть в разрезах, просто их надо уметь видеть.

Вот что он писал по этому поводу в 1839 г.: «Когда две такие формации (системы – С.Р.) произошли одна после другой без промежутка времени, то явления имеют совсем другой вид: тогда верхние пласты древнейшей формации перемежаются несколько раз с нижними пластами новейшей, минералогические и зоологические признаки каждой формации отдельно мешаются одни с другими так, что какой‑нибудь минерал или какая‑либо окаменелость, отличительные для одной формации, не вдруг исчезают в другой, а сперва делаются редкими – и сменяются другими минералами или окаменелостями мало‑помалу… Одним словом, эти формации переходят одна в другую постепенно, и переход этот очень может затруднять определение их единства».

Это еще, конечно, далеко не «принцип переходных слоев», и не только потому, что у Соколова отсутствует его фактическое обоснование. Его рассуждения навеяны взглядами Эли де Бомона – катастрофиста по геологическому миропониманию. Катастрофистом был и Соколов. Для него формация – это совокупность пластов, образовавшихся «в промежуток времени между двумя главными переворотами». И все же его мысль о постепенном, направленном развитии фауны, пусть и всего лишь между «двумя смежными переворотами», оказалась полезной и плодотворной. Ее и развил через 35 лет Карпинский.

Вот краткая хронология постижения Карпинским идеи переходных слоев. В 1873 г., работая в Оренбургском крае между реками Белая и Урал, он выделил артинский ярус Международной стратиграфической шкалы и поместил его между карбоном и пермью. 20 ноября 1888 г. он докладывает физико‑математичес‑кому отделению Академии наук о законченной им монографии «Об аммонеях артинского яруса и некоторых сходных с ними каменноугольных формах». В следующем году публикует ее на немецком языке в «Мемуарах» Академии, а еще через год, в 1890 г., – на русском.

Точки над i надо поставить сразу: столь тщательное монографическое исследование артинских аммоноидей Карпинский, конечно, предпринял не для того, чтобы обосновать возраст артинских слоев (он сделал это еще в 1873 г.), а лишь затем, чтобы, проследив за эволюционной ветвью целой группы фауны, доказать на этой основе справедливость своей концепции «переходных слоев». На чем все же основан принцип Карпинского?

Отвечая кратко, – на последовательном проведении в жизнь эволюционной теории Дарвина и на непоследовательном отношении к представлению об «искусственности» геологических классификаций. Попробуем это доказать.

В биостратиграфии со времен Кювье и Смита главным отличительным признаком одной стратиграфической единицы от смежной с ней является руководящая фауна. Отсюда напрашивается простейший вывод: смена в разрезе руководящей фауны означает переход к новой группировке слоев, т. е. к иной стратиграфической единице. Теоретически это так. А практически?

Практически же все обстоит далеко не так ясно. Что считать сменой руководящей фауны? Когда она полностью исчезает из разреза, или когда появляются слои, содержащие одновременно руководящую фауну для нижележащей стратиграфической единицы и руководящую фауну для перекрывающего стратиграфического подразделения? Куда прикажете относить эти слои?

Более того, до сих пор речь шла о едином разрезе в какой‑либо определенной точке геологического пространства. А если мы отступим от нее на 100 или 1000 км? Легко догадаться, что в тех местах условия накопления осадков и проживания фауны могли быть иными. Будут ли выделенные в этих разрезах стратиграфические единицы совпадать? В литологическом отношении чаще всего нет; нередко не совпадают они и в фаунистическом отношении. Но ведь надо выделять общие для всей Земля подразделения, эквивалентные в хронологическом смысле. Где искать критерии для параллелизации разрезов и для синхронизации выделенных в них стратиграфических единиц разного ранга?

Далее, еще более важный вопрос: как относиться к разработанной стратиграфической классификации, т. е. к выделенным единицам и их рубежам, – как к действительно существующим овеществленным этапам геологической истории, единым для всего земного шара, или как к искусственной группировке геологических тел, отражающей не «действительный» ход событий, а наше представление о нем?

(Очень далеко в методологические дебри завело нас второе великое геологическое открытие. Но что делать. Это тот случай, когда одно открытие повлекло за собой цепную реакцию проблем. И для каждой из них надо найти подобающее место на единой оси геологического времени. Все же речь именно о нем.)

Вот те вопросы, которые непрестанно задавали себе геологи второй половины XIX века и на часть которых отвечали, кстати, более вразумительно, чем иные современные теоретики.

Возьмем, к примеру, отношение Карпинского к переходным слоям. Ему, как он сам считал, «удалось показать, что рассматриваемые слои, отличаясь своеобразной фауной, носят переходный характер (курсив мой. – С. Р.) между отложениями каменноугольной и пермской систем, так что в строгом смысле они столько же относятся к первой, как и ко второй, представляя то звено, которое связывает на восточной окраине Европейской России типические осадки обеих названных систем». Так родилось его представление о «переходных слоях», первым прецедентом которых Карпинский называл выделенный им артинский ярус.

Уместен и такой вопрос: если стратиграфические классификации – искусственные построения, то выделение «переходных слоев» не будет ли отказом от этого в пользу «естественности»? Вне всякого сомнения.

А вот как отвечает на этот вопрос Карпинский: «Конечно, при искусственности деления на системы эти промежуточные слои, во время установления систем вовсе не известные, в различных странах с большим или меньшим произволом можно отнести то к системе вышележащей (пермь), то к нижележащей (карбон)».

Вспомним, что в стратиграфии своеобразным теоретическим базисом «естественной» классификации была теория катастроф, а для искусственных классификаций таким базисом оказалась эволюционная теория. Ясно, что эти подходы скорее не дополняют, а исключают друг друга. Поэтому не может быть компромиссов и между стратиграфическими классификациями, базирующимися на разных принципах. Именно так полагал Карпинский, и именно поэтому он пришел к концепции переходных слоев. Он справедливо замечает, что «когда были устанавливаемы различные осадочные системы, то почти во всех случаях они казались резко между собою разграниченными, без чего господствовавшая прежде гипотеза о катаклизмах, уничтожавших характерные для соответствующих периодов фауны и флоры, не могла бы иметь места.

При такой гипотезе подразделение осадочных образований на системы казалось естественным ” (курсив мой. – С. Р.).

Прервем цитату и зададим вопрос: как понимать в данном контексте слово «естественный»? Однозначно – как предопределенное самой природой членение осадочной оболочки на системы. Против этого Карпинский справедливо восстает. Но можно слово «естественный» понимать и несколько пo‑иному.

Предположим на минуту, что стратиграфические системы действительно резко различаются (хотя бы по фауне) и столь же резко разграничены (разумеется, в каком‑то едином разрезе). Тогда с полным правом можно говорить о том, что видимые в разрезе различия систем «естественны», поскольку в природе все естественно. Но Карпинского как ученого интересуют не иллюстрации конкретными примерами этого понятия, а его научное содержание, т. е. смысл, какой можно было бы использовать в качестве методического оружия исследователя. И здесь он совершенно прав: такого смысла нет, опираться на это понятие при выделении систем нельзя.

Если системы резко разграничены, например региональным размывом, то они будут представлять собой только некие осколки систем, и оказывается неясным, где же тогда граница между ними, причем не региональная, ибо она в таком случае не имеет хронологического смысла, а глобальная, фиксирующая различия между определенными этапами геологической истории всей Земли. Этот своеобразный парадокс стратиграфии, т. е. проведение границ там, где виден перерыв, а не в непрерывных разрезах, остается не разрешенным до сих пор.

Итак, говоря проще, принцип Карпинского утверждает тот факт, что природа, переходя из одного состояния в другое, делает это не мгновенно. Время, пусть и скачкообразных, перемен должно улавливаться «переходными формами» фауны. Другими словами, как бы мы ни трактовали сам процесс видообразования, последовательная смена видов несколько смазана, она как бы скользит в течение того отрезка времени, который заявлен геологом как переходный между двумя смежными подразделениями Международной стратиграфической шкалы.

Такая (согласен, необычная) трактовка принципа Карпинского тем не менее не надуманна. Она самым тесным образом связана с другим фундаментальным положением современной стратиграфии – принципом Головкинского, или принципом возрастной миграции границ стратиграфических подразделений. Этот принцип однозначно вытекает из развитой Головкинским еще в 1868 г. теории образования слоев миграционного типа. Ее мы подробно описали в главе «Оглянемся назад». Там же было объяснено, как из теории Головкинского вытекает этот стратиграфический принцип. Теперь поясним его суть.

Понять смысл возрастного скольжения поверхностей раздела слоев проще всего из такого отвлеченного примера. Если представить, что строительство железнодорожной магистрали Москва – Владивосток началось в Москве и продолжалось последовательно вплоть до конечного пункта – Владивостока, то хотя вся магистраль является конструктивно однотипной, тем не менее ее «возраст» в разных частях различен: она постепенно «молодеет» от Москвы до Владивостока, а время строительства будет означать величину изменения возраста.

Из этого примера ясно, что скольжение возраста границ слоев или свит определяется одним ведущим фактором – процессом накопления слоев. Ясно и другое: процесс этот зависит прежде всего от внешних по отношению к бассейну осадконакопления причин, предопределяющих изменение во времени его пространственных очертаний.

Все эти рассуждения, однако, сугубо теоретические. Практически же о возрастном скольжении говорить можно лишь тогда, когда удается «поймать» временные различия по простиранию свиты. Поэтому логика стратиграфов такова: если не удается доказать разновременность объектов, то они считаются одновременными. Стратиграфы‑практики предпочитают не заниматься ловлей временных различий, т. е. попросту не считаться с принципом Головкинского. Он им не нужен. Он им мешает, ибо диахронные (разновременные) границы свит существенно осложняют и без того сложную и запутанную проблему корреляции разрезов и стыковку местных стратиграфических схем. Поэтому многие стратиграфы вопреки очевидности с маниакальным упорством доказывают тезис о непременной изохронности границ свит вне зависимости от их состава и механизма образования составляющих свиты отложений.

И все же во многих районах, где стратиграфия, если можно так сказать, более ответственная, когда от принятых границ свит зависит конкретизация поисково‑разведочных работ (как в Западной Сибири, например), диахронность границ подразделений местных стратиграфических схем перестала быть экзотическим исключением из правила. Скорее наоборот – изохронные границы здесь требуют специальных доказательств. По изменению видов раннемеловых аммонитов, в частности на Западно‑Сибирской плите, стратиграфы доказали приращение возраста по простиранию в пределах двух‑трех ярусов, т. е. до 20 млн лет. Так медленно развивалась регрессия моря.

Упорное игнорирование принципа Головкинского, ставшего по остроумному замечанию одного исследователя «неприятным открытием для геологов», – явление, конечно, временное. Стратиграфам, как говорится, просто некуда будет деться, и потому только, что этот принцип вытекает из общепринятой на сегодня наукой схемы слоеобразования. Вероятно, его пока относят к той категории принципов, которыми можно поступиться. Но это не более чем иллюзия. Если принцип Головкинского – это все же один из принципов стратиграфии, то он должен служить отправной точкой конкретных исследований, быть исходной позицией ученых, а не предметом бесчисленных и уже повторяющихся по кругу дискуссий.

Поясним все же причины появления возрастного градиента более подробно. Начнем с того, что время изменения конфигурации бассейна осадконакопления, т. е. продвижения береговой линии в глубь континента (трансгрессия) или, напротив, ее отступления (регрессия), должно быть достаточно большим. Тогда существенных перестроек фациальных зон бассейна не происходит, что и приводит к разной палеонтологической датировке литологически однотипных комплексов пород (например, свит или формаций) в удаленных друг от друга разрезах. Важно и то, чтобы скорость накопления осадков была соизмерима со скоростью изменения конфигурации бассейна; тогда в нем длительное время сохраняются неизменными физико‑геологические и биологические условия. (Не правда ли, уже яснее просматривается связь между принципами Головкинского и Карпинского? Первый является своеобразной седиментологической базой второго.)

Еще более наглядно чисто седиментологический механизм возрастного скольжения можно пояснить с позиций тектоники плит (ее мы специально будем обсуждать в главе «И все‑таки они движутся»), ибо для кинематики процесса не имеет значения, под влиянием каких сил смещаются в пространстве зоны накопления литологически однотипных осадков. Я понимаю, что, не пояснив сути теории тектоники плит, не очень просто ею воспользоваться, чтобы проиллюстрировать не вполне очевидное явление. Получается, что мы пытаемся понять непонятное с помощью еще более непонятного. Поэтому я попробую в данном случае, сохранив суть тектоники плит, воспользоваться этой теорией, представив ее, однако, обычными, всем понятными словами.

Вообразим себе, что мы поднимаемся вверх на эскалаторе метро. Подъем этот занимает обычно 1‑2 мин. Ровно на это время мы, пока ехали к выходу, как это ни грустно, стали старше. А во время подъема мы старели постепенно, наш возраст «скользил», и те 1‑2 мин, на которые мы постарели, и есть градиент (или приращение) возраста.

Этот факт, собственно говоря, и утверждает тектоника плит. Как в подземном вестибюле метро, где появляются будто бы из‑под земли ступени эскалатора, так и в районе срединно‑океанических хребтов уже не «будто бы», а точно из‑под земли происходит наращивание океанической коры. Этот процесс приводит к раздвигу океанического дна по обе стороны от хребта. Раздвиг этот, конечно, не беспредельный. В местах, где просматриваются на глобусе темно‑синие полоски воды (глубоководные желоба), эта кора вновь уходит под землю.

Конечно, пока океаническая кора движется от зоны зарождения к зоне отмирания, она постепенно покрывается все более мощной и все более стареющей толщей осадков. Их возраст, разумеется, удревняется в направлении движения плиты, а вот насколько – это зависит от скорости горизонтального перемещения океанического дна.

Рис. 4 вполне наглядно, как думается, иллюстрирует этот своеобразный осадочный конвеер. Его «платформа» I прошла под «бункером» 1 около 80 – 100 млн лет назад. На ее дне образовался слой осадков мощностью h1 (фактически это не литологический слой, а стратиграфическая единица разреза, поскольку время пребывания платформы под одним бункером порядка 10 млн лет). Под бункером 2 осадки на платформу не поступали. Это время неотложения осадков, чему в разрезе будет соответствовать стратиграфический перерыв. То же произойдет, когда платформа I окажется под бункером 5. Когда платформа I отойдет от бункера 7, в ней уже будут осадки, возраст которых 80 – 100 млн лет. В разрезе будет вскрыта полная (с двумя крупными перерывами) последовательность осадочных образований.

Ясно, что коль скоро возраст кристаллического (базальтового) ложа океанов «скользит» по мере удаления от срединно‑океанического хребта, то обязан «скользить» и возраст покрывающих его осадков. Общая тенденция изменения возраста осадков по мере приближения к зоне поддвига литосферной плиты показана на рис. 9.

Теперь, думаю, не только стал понятным смысл принципа Головкинского, стала также ясной его универсальность. Просто так от него отмахнуться более не удастся. Так же, впрочем, как и от принципа Карпинского.

Почему? Потому только, что чем теснее проблемы временнóй упорядоченности геологических событий связываются с процессами, эти события породившими, тем органичнее и методы датировки событий будут выводиться из механизма исходных процессов. Поэтому и принцип Карпинского, и принцип Головкинского – это не надуманное усложнение и без того запутанных проблем стратиграфии, а необходимость, продиктованная нашим знанием хода биологических и чисто геологических часов.

Поскольку эти часы в разных районах Земли показывают, строго говоря, не одно и то же время, а хронологический эталон для геологической истории, т. е. Международная стратиграфическая шкала, является универсальной масштабной линейкой для датировки геологических событий прошлого, то проблема соотнесения подразделений местных стратиграфических схем с этой линейкой оказывается крайне непонятной.

На самом деле, принцип Карпинского утверждает, что обязаны существовать переходные слои между подразделениями Международной стратиграфической шкалы любого ранга, но… только в конкретных разрезах. Принцип Головкинского означает, что границы свиты в достаточно удаленных друг от друга разрезах должны быть диахронными. Если с позиций этих принципов, соединенных воедино, взглянуть на методологические основы Международной шкалы, то следовало бы ее существенно трансформировать, сделав границы подразделений не плоскостными, а объемными – в виде швов, имеющих неопределенную длительность (ведь масштабы скольжения границ в разных районах неодинаковы). Однако «эталон геологического времени» такого не допускает, временные рубежи в Международной шкале «плавать» не должны.

Следовательно, прежде чем соотносить местные подразделения с Международной шкалой (делается это, как легко догадаться, для установления возраста местных стратиграфических единиц), надо умудриться соединить эти два, казалось бы, взаимоисключающих подхода.

Этим целям и служит принцип так называемой хронологической взаимозаменяемости признаков (ХВП). Его предложил в 1974 г. один из самых глубоких стратиграфов последнего времени Сергей Викторович Мейен (1935‑1987).

Суть принципа в следующем. Геологи привыкли считать, что чем большее число признаков объекта они учтут и чем больше при этом используют самых разнообразных методов, тем более объективное решение будет получено. Ничего наивнее такой веры нет. Добро бы еще была ясной связь (точнее, взаимосвязь) между признаками. Тогда бы они использовались с разным информационным весом, и это все же принесло бы пользу. Но и этого, конечно, нет. Слепое увеличение числа характеристик объекта чаще приводит просто к информационному шуму.

Это рассуждение имеет самое тесное отношение к стратиграфии. Ведь в любой отрезок геологической истории население планеты было весьма разнообразным, и хотя известны виды, которые жили строго отведенное им время (это так называемые руководящие виды фауны), однако наряду с ними было много и других видов – их дальних и близких соседей по эволюционному древу. Для каждого геологического периода, следовательно, характерны и просто видовое разнообразие фауны, и в то же время определенные упорядоченные последовательности видов (сукцессии). Их строят палеонтологи, и они образуют сменяющиеся во времени ряды. Комбинируя эти ряды, можно получить разные временные рубежи для одних и тех же стратиграфических подразделений.

С другой стороны, если использовать не просто большое число признаков (в частности, видов фауны), но признаков сопряженных (эмпирически выявленные сопряженные комплексы признаков Мейен предложил назвать «синдромами»), то можно как бы примирить такие понятия, как диахронность границ местного подразделения и синхронность подразделений Международной шкалы.

А почему «взаимозаменяемость»? Мейен полагал, что признаки бывают «весомыми», но «несамостоятельными». От объекта к объекту они прослеживаются с помощью менее весомых, но более самостоятельных признаков. Это и есть хронологическая взаимозаменяемость признаков.

Если эту (авторскую) трактовку принципа Мейена приблизить к проблеме временной упорядоченности геологических событий, то станет более ясной цель его использования – надо выбрать такую систему взаимосвязанных характеристик объекта, которая даст возможность без утраты его индивидуальных черт в рамках местной схемы привязать данный объект к Международной шкале по возможности однозначно.

Итак, рядом принципов стратиграфия поступиться никак не может. Одними потому, что без них не обойтись при расчленении земной коры на последовательную цепь событий (принципы Стенона и Смита), другими – поскольку без них невозможно увязать механизмы осадконакопления с темпами изменения видового разнообразия в пределах бассейна, а в конечном итоге точно датировать конкретное стратиграфическое подразделение (принципы Головкинского и Карпинского). Наконец, нельзя поступиться и принципом Мейена, поскольку без него невозможно местную изменчивость видов соотнести с неизменными эталонами Международной стратиграфической шкалы.

Все вместе эти принципы как бы задают ход геологических часов, постичь который и помогло обсуждаемое нами великое геологическое открытие. Почти за два столетия, промелькнувших со времени работ Кювье и Смита, это открытие, разумеется, претерпело сильные изменения. Основоположники биостратиграфии теперь бы не узнали своего детища. Но даже радикальные технические перемены (методы радиологического определения возраста горных пород; методы электронной микроскопии, обнаруживающие следы жизни чуть ли не на клеточном уровне в породах, возраст которых приближается к 4 млрд лет) не изменили главного, а именно, мистического преклонения геологов перед своим – геологическим – временем.

Нам поэтому не обойтись без того, чтобы не порассуждать на традиционную и очень любимую геологами тему – о Времени.