Массовые вымирания в фанерозое

• Автор: Алексеев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 04.00.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 76 с. : ил.; 20х15 см

Актуальность. Появление статьи У. Альвареса и др. (Alvarez et ai., 1980) с обоснованием космической (импактной) гипотезы вымирания организмов на рубеже мела и палеогена вызвало необычайно обширный поток исследований и публикаций по проблеме биотических кризисов, о главных закономерностях и путях развития органического мира фанерозоя . Одним из наиболее ярких проявлений биотических кризисов и их ключевым элементом являются массовые вымирания (MB). Без их детального и всестороннего исследования невозможно расшифровать причины и динамику изменений биотического разнообразия биосферы. Несмотря на большое число опубликованных работ, многие вопросы, связанные с изучением MB, остаются неосвещенными, а такая проблема как их типизация — совершенно неразработанной. Эмпирически сложившееся приблизительное совпадение границ ряда крупных подразделений общей стратиграфической шкалы с событиями MB делает актуальным также анализ роли последних в определении и фиксации стратиграфических границ, а также в их глобальной корреляции. Все это говорит о чрезвычайной важности изучения MB.
Исследования выполнялись в рамках международных проектов МПГК 199 «Редкие события в геологии» (1982-1987), 216 «Глобальные биотические события в истории Земли» (1984-1992), 293 «Геохимические событийные маркеры в фамерозое» (1990-3994), 335 «Биотическое восстановление после массовых вымираний» (1993-1997), национальной программы ГНТП-18.
Цель и задачи работы. Целью работы являлось всестороннее обобщение данных о массовых вымираниях фанерозоя, оценка их роли в развитии биоты и анализ их стратиграфического значения. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
1 .Оценить объем и надежность сведений о числе ископаемых таксонов различного ранга, описанных к настоящему времени, выяснить адекватность палеонтологической летописи для анализа таксономического разнообразия фанерозойской биоты.
2. Проанализировать проблему фонового и массового вымирания, выявить роль MB в ходе биотических кризисов и предложить модель ДЛЯ последних.
3. Разработать методику количественного анализа изменений таксономического разнообразия, в том числе, в моменты биотических кризисов и MB.
4.Выявить основные закономерности изменения таксономического разнообразия биоты (главным образом морской) на протяжении фанерозоя. Создать модель биотического кризиса.
5.Охарактеризовать главные события вымирания в фанерозое, дать определение MB и на этой основе провести их типизацию.
6.На основе системного подхода классифицировать предложенные гипотезы причин MB, оценить их вероятность.
7.На примере мел-палеогенового вымирания проверить применимость к нему импактной модели его генерации.
8.Проанализировать значение MB для разработки международной хроностратиграфической шкалы и удаленных корреляций в рамках концепции событийной стратиграфии.
Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ массовых вымираний фанерозоя, являющихся важнейшим элементом в эволюции биоты. Удалось показать, что опубликованная палеонтологическая
летопись, несмотря на очевидную свою неполноту, располагает данными о 7-8 тысячах семейств, 50-70 тысячах родов и о примерно 300 тысячах видов ископаемых организмов. Она составляет значительную долю от потенциальной и достаточно велика и устойчива, чтобы на ее основании можно было выявлять основные закономерности эволюции фанерозойской биоты.
Подтверждено существование фонового вымирания и кратковременных, событий массового вымирания. Последние являются лишь частью более длительных глобальных биотических кризисов, для которых предложена наглядная модель.
Разработанная автором система показателей (уровень вымирания, интенсивность вымирания) позволяет объективно сравнивать события МВ различного возраста, разной амплитуды и раздельно по отдельным группам между собой и оценивать их глобальное значение путем сравнения с фоновым уровнем.
Впервые сформулирован закон роста таксономического разнообразия биосферы, согласно которому при стабильном состоянии внешней абиотической среды таксономическое разнообразие биосферы должно непрерывно возрастать без достижения стазиса, за счет эволюционного дробления экологических НИШ.
События массового вымирания впервые тинифицированы на события вымирания 8.5„ МВ-фантомы и собственно МВ. К последним отнесены только 8 событий.
Показано, что рассмотрение причин МВ должно основываться на системном подходе с выделением цепочек событий, в составе которых следует выделять первичные, спусковые и непосредственные. На этой основе дана первая классификация 20 основных гипотез о причинах МВ, которая предусматривает их разделение на внешние и внутренние системы причин.
Теоретическое и практическое значение. Всестороннее рассмотрение проблемы МВ позволило показать, что МВ являются неотъемлемыми компонентами непрерывно-прерывистого процесса развития биоты, играющими важнейшую роль в канализации процессов эволюции и расчищающими дорогу для новых диверсификаций. Разработка теории эволюционного процесса необходимо должна учитывать реальное существование МВ. События МВ различного ранга могут служить практически изохронными уровнями глобальной стратиграфической корреляции, что может и должно найти свое применение при разработке международной хроностратиграфической шкалы.
Фактический материал. Собственный опыт практической полевой работы связан с изучением пограничных отложений девона и карбона в Подмосковье (1983,1986), на Южном Урале (разрезы Берчогур и Кия, 1983 ), серпуховского и башкирского ярусов в Подмосковье (1969-1984), на Южном Урале (1980) и в Донбассе (1996), перми и триаса в Армении (1982), ееномана и гурона в Крыму (1968-1993), мела и палеогена в Крыму (1968-1996), на Мангышлаке (1971), в Туркмении (1983, 1985) и Поволжье (1997). Принимая участие в комплексном изучении Карского метеоритного кратера на Пай-Хое (1987), занимаясь его датировкой на основании геологических и палеонтологических данных. Развитие усоногих раков-торацид на протяжении мезозоя и кайнозоя изучено (1979) на основе коллекции, насчитывающей свыше 5000 отдельных элементов скелета из

однако берриасский возраст верхневолжского подъяруса получил в последние годы достаточно надежное подтверждение (Сей, Калачева, 1997). В связи с этими данными МСК России изменил формальное положение границы юры и мела в общей шкале, понизив ее до основания верхневолжского подъяруса.
Никакой существенной смены морских фаун на этом рубеже не происходит. Повышение уровня вымирания связано главным образом с исчезновением ряда семейств и родов двустворчатых моллюсков и аммоноидей (Hallam, 1986). Уровень вымирания семейств морских животных достигает 5%, а родов - 30% (Sepkoski, 1995), что ненамного превышает фоновые значения для этого интервала.
Сеноманско-туронское MB. Резкая смена состава морских фаун на рубеже сеномана и турона давно известна. Ранний турон - время крайне низкого таксономического разнообразия белемнитов, морских ежей, усоногих раков и других групп. Существенные изменения произошли в составе планктонных фораминифер. По подсчетам Дж. Сепкоски и Д. Раупа (Sepkoski, Raup, 1986), уровень вымирания семейств морских животных составил в сеноманском веке:6,1%, тогда как по нашим данным для морских и наземных организмов этот показатель оценивается в 5,2 %, что примерно в два раза выше фона. Вымирает примерно 30% морских родов (Sepkoski, 1995). При этом амплитуда сеноманско-туронского MB несколько меньше юрско-мелового, что совершенно не согласуется с качественными изменениями морской биоты на этом рубеже. Не менее характерной особенностью сеноманского века следует считать появление в течение этого отрезка времени необычно большого (114 из 617 учтенных нами или (8,5%) числа новых семейств. В результате высокого уровня вымирания и появления морская биота начиная с сеномана заметно обновилась.
Вымирание многих организмов на этом рубеже совпадает с глобально проявившимся бескислородным событием, выраженным в появлении в терминальном сеномане во многих точках мира богатого органическим веществом битуминозного прослоя небольшой мощности (обзор см. Веймарн и др., 1998). Он довольно подробно изучен в Крыму (Naidin, 1981; Найдин, Алексеев, 1981; Банников и др., 1982; Найдии, 1993; Найдин, Кияшко, 1994; Алексеев и др., 1997), Однако причинная связь между этими событиями не ясна.
Биотический кризис наземной биоты аптского и альбского веков, установленный В.В.Жерихиным (1978) и зафиксированный в подсчетах, выполненных по семействам насекомых (Дмитриев, Жерихин, 1988), в наших данных не распознается. Однако в нашу базу данных не были включены из-за недостаточной точности имеющихся датировок ископаемые фауны насекомых. Вместе с тем, результаты анализа данных по насекомым, выполненного А.П.Раснициным (1988), полностью согласуются с изложенными выше, так как наибольшие суммарные изменения установлены в самом конце ранннего - начале позднего мела.
Мел-налеогеновое MB. Это вымирание наиболее четко выражено из всех известных и, что особенно важно, наиболее детально изученным. Оно легко фиксируется не только в совокупных глобальных данных, но и надежно устанавливается в большинстве конкретных разрезов. Его особенности составляют эталон для MB вообще. Общее число публикаций по проблеме рубежа мела и палеогена за последние 20 лет достигает нескольких тысяч.