Биостратиграфия

Изображение, показывающее обнаруженную окаменелость (аммонит), введенную в стратиграфическую последовательность.

Биостратиграфия (от др.-греч. βίος — жизнь + лат. stratum — настил, слой + др.-греч. γράφω — пишу, рисую) — научная дисциплина на стыке стратиграфии в геологии. Она занимается изу­чением рас­пре­де­ле­ния ос­тат­ков ор­га­низ­мов в оса­доч­ных тол­щах с це­лью рас­чле­не­ния гео­ло­гических раз­ре­зов, ус­та­нов­ле­ния от­но­си­тель­но­го воз­рас­та по­род и их кор­ре­ля­ции.

История

После того как Нильс Стенсен уже в XVII веке понял, что пространственное расположение слоев горных пород друг над другом соответствует временной последовательности их формирования (стратиграфический принцип), а Жорж Кювье в конце XVIII века распространил информацию о том, что биологические виды неоднократно вымирали в ходе истории Земли, Уильям Смит очень успешно использовал принцип последовательности окаменелостей при составлении геологической карты Англии около 1800 года.

К 1830 году Чарльз Лайель подразделил третичный период на юге Франции, Жерар-Поль Деше — последовательность пород в Парижском бассейне, а Генрих Георг Бронн — третичный период Италии с помощью окаменелостей. В 1838 году в подразделении бывшей первичной системы литологически очень разные, пространственно широко разделенные слои горных пород были интерпретированы как временно эквивалентные отложения путем сравнения содержания окаменелостей в нижележащих и вышележащих слоях. Предшественник концепции зон, введенной Альсидом д’Орбиньи в 1852 году под названием Étage, до сих пор называет основную биостратиграфическую единицу классификации с использованием окаменелостей «биозоной». Помимо групп окаменелостей, первоначально использовавшихся для классификации (ортохронология), другие группы окаменелостей (парахронология) постепенно стали применяться палеонтологами-стратиграфами. Со второй половины XX века современная биостратиграфия стремится создавать классификации, используя серии филогенетических линий (эволюционных рядов), которые можно проследить без разрывов. Новой разработкой является использование всех ископаемых особей, собранных в горизонтальном положении и отнесенных к таксону с помощью компьютерных методов.

Боль­шой вклад в ста­нов­ле­ние и раз­ви­тие биостратиграфии вне­сли российские ис­сле­до­ва­те­ли А. П. Кар­пин­ский, Ф. Н. Чер­ны­шёв, С. Н. Ни­ки­тин, Н. А. Го­лов­кин­ский, А. А. Ино­стран­цев, А. П. Пав­лов, Н. И. Ан­д­ру­сов, Д. В. На­лив­кин, В. В. Мен­нер, английские гео­ло­ги Р. Мур­чи­сон, У. Смит, французский па­лео­нто­лог А. Д’Орбиньи, немецкие гео­ло­ги А. Оп­пель, О. Шин­де­вольф, австрийский па­лео­нто­лог М. Ней­майр. Био­стра­ти­гра­фические ис­сле­до­ва­ния ве­дут­ся в круп­ных гео­ло­гических управ­ле­ни­ях, служ­бах, научно-сследовательских ин­сти­ту­тах, на гео­ло­гических фа­куль­те­тах ву­зов по всему миру.

Наука

Amplexograptus, ископаемый граптолит-индекс, из ордовика близ Кейни-Спрингс.

Биостратиграфия — это наука о распределении организмов в различных слоях земной коры и их использовании для определения возраста отложений. Её теоретические основы были заложены бельгийским палеонтологом Луисом Долло, который разработал законы необратимости эволюции, опираясь на принципы дарвиновской эволюционной теории. Термин «биостратиграфия» был предложен Долло в 1909 году как синоним термина «стратиграфическая палеонтология».

Основной задачей биостратиграфии является разработка шкал относительного возраста осадочных пород различного масштаба и детализации, в большинстве случаев — зональных шкал. Для этого используется палеонтологический метод, при котором основную роль играют руководящие ископаемые. Зональные шкалы, основанные на распределении в разрезах отложений донных организмов, могут быть очень детальными, однако они охватывают ограниченные территории.

Использование ископаемых остатков планктонных организмов, таких как фораминиферы, радиолярии, диатомовые и золотистые водоросли, позволяет создавать зоны с более широкой пространственной протяженностью. Ископаемые следы спор и пыльцы, распространявшиеся ветрами на большие расстояния, играют важную роль при корреляции одновозрастных морских и континентальных отложений. Каждая зональная шкала должна иметь общее палеобиогеографическое основание, состоящее из зон одной палеобиогеографической области или провинции. Таким образом, биостратиграфия играет важную роль в изучении истории развития жизни на Земле и в реконструкции прошлых событий на планете.

Микропалеонтология занимает особое место в биостратиграфии, поскольку она изучает остатки древних микроорганизмов, количество которых даже в небольших образцах может быть значительным. Микропалеонтологические зоны чаще всего выделяются при изучении разрезов буровых скважин в районах, где отложения, находящиеся на глубине, не выходят на поверхность, а также при детальном анализе и сопоставлении разрезов отложений морских осадочных чехлов.

Биостратиграфические исследования являются основой при регионально-геологических обобщениях, позволяющих реконструировать историю геологического развития изучаемой территории, определить направление поиска и разведки месторождений полезных ископаемых. Методы микропалеонтологии позволяют получить информацию о климатических условиях, окружающей среде и морфологических особенностях древних организмов, что важно для комплексного анализа и интерпретации данных о прошлых периодах Земли. Благодаря изучению микроорганизмов, выводы, сделанные на основе биостратиграфии, становятся более точными и комплексными.

Принцип ископаемой последовательности

Ведущие окаменелости английского «нижнего мела» (отложения более древнего разреза позднего мела) из работы Уильяма Смита по биостратиграфии (1816)

Под сукцессией окаменелостей понимается появление окаменелостей в очень специфическом, неизменном и узнаваемом вертикальном расположении в последовательности горных пород. В отношении останков животных и растений также используется термин «фаунистическая или флористическая сукцессия».

Принцип сукцессии окаменелостей (также известный как «принцип ведущего ископаемого») гласит, что определённое сообщество окаменелостей со временем сменяется другим сообществом на определённой территории. Как только ископаемое исчезает из последовательности пород, оно уже никогда не возвращается в эту последовательность. Этот принцип отличает биостратиграфию от литостратиграфии, поскольку, в отличие от окаменелостей, некоторые породы могут появляться снова и снова в практически идентичной форме на протяжении всей последовательности пород. Это позволяет не только сопоставлять определённые слои пород на больших расстояниях, даже если их первоначальные условия залегания были нарушены и искажены последующими тектоническими событиями, но и относительно датировать слои друг с другом и предсказывать, какие слои следует ожидать в том или ином месте недр

Задолго до публикации теории эволюции Чарльза Дарвина наблюдение за последовательностью окаменелостей в горных породах позволило предположить, что развитие живых организмов происходит не циклически, как круговорот горных пород, а в рамках направленного, принципиально необратимого процесса, поскольку каждый этап истории Земли можно определить по уникальной, никогда ранее не встречавшейся и не повторяющейся ассоциации ископаемых организмов.

Группы ископаемых

Окаменелости, служащие стратиграфическими маркерами, называются индексными окаменелостями. Хорошие индексные окаменелости — это таксоны, которые встречаются как можно чаще, не зависят от окаменелостей, хорошо сохраняются в ископаемом виде и недолговечны во времени. Биостратиграфия классически проводится с морскими беспозвоночными. Морские отложения встречаются в горных породах гораздо чаще, чем наземные, и многие морские организмы имеют твердые части, обладающие высоким потенциалом сохранения окаменелостей. Важными макролейтфоссилиями в палеозое являются брахиоподы и гониатиты, в мезозое — аммониты в более узком смысле (порядок Ammonitida) и двустворчатые моллюски.

Позвоночные встречаются в ископаемом состоянии гораздо реже, чем беспозвоночные, и поэтому не являются типичными индексными ископаемыми. Биостратиграфия позвоночных в основном применяется к наземным отложениям. Терапсиды — наиболее важные индексные ископаемые в перми бассейна Кару. Зубы грызунов являются наиболее важными индексными окаменелостями в наземных отложениях кайнозоя.

Преимущество микробиостратиграфии заключается в том, что микрофоссилии обычно встречаются в отложениях гораздо чаще и в большем количестве. Кроме того, некоторые группы встречаются и в наземных отложениях. Важными ключевыми ископаемыми в раннем палеозое являются акритархи, в позднем палеозое — конодонты, а в мезозое — фораминиферы и кокколиты. Остракоды особенно важны в наземных отложениях.

Пыльца и споры наземных растений, так называемые палиноморфы, также отвечают требованиям, предъявляемым к хорошим индексным окаменелостям, и поэтому подходят для биостратиграфии. Они разносятся ветром на большие расстояния и поэтому встречаются и в морских отложениях.