История развития географической оболочки

Палеонтологические документы, в частности отпечатки и окаменелости живших некогда организмов, - свидетельство эволюции биосферы, которая продолжается сотни миллионов лет

Окаменелость палеозойского трилобита, обитавшего 500 млн. лет назад

Палеонтологические исследования последних лет подтвердили идеи В. И. Вернадского и Л. С. Берга, что лишенных жизни (как их называют, азойных) эпох, по-видимому, не было в течение всего геологического времени. Как писал Л. С. Берг, "в архее жизнь уже кишела на Земле". И все же мы называем этот этап добиогенным, так как органическая жизнь не играла тогда определяющей роли в развитии географической оболочки.

В процессе развития географической оболочки ее состав и строение непрерывно усложнялись. Современная ее структура - результат длительной эволюции. В развитии географической оболочки отчетливо прослеживаются три этапа: добиогенный, биогенный и антропогенный,

Этапы развития географической оболочки

Добиогенный этап отличался слабым участием в развитии географической оболочки живого вещества. Это самый длительный этап - примерно 2,8 - 3 млрд. лет. Вся же последующая история оболочки насчитывает 570 млн. лет.

В архейскую эру на Земле в бескислородной среде существовали самые примитивные одноклеточные организмы. В слоях Земли, образовавшихся около 3 млрд. лет назад, в архейскую эру, обнаружены остатки нитей водорослей и бактериоподобных организмов.

В протерозое господствовали одноклеточные и многоклеточные водоросли и бактерии, появились первые многоклеточные животные.

Характерной чертой добиогенного этапа развития географической оболочки было накопление в морях мощных толщ железистых кварцитов (джеспилитов), свидетельствующих о богатстве в то время верхних частей земной коры соединениями железа и своеобразном составе атмосферы, а именно о ее бедности свободным кислородом и высоком содержании углекислоты.

Геохронологическое распространение различных групп организмов

Отпечаток папоротниковидного растения невроптерикса

Скелет растительноядных динозавров - протоцератопсов

Отпечаток археоптерикса -первоптицы в отложениях поздней юры

В палеозойскую эру (285-570 млн. лет назад) в морских бассейнах продолжалось развитие водорослей и различных насекомых и позвоночных. В середине палеозоя начинается массовое завоевание суши растениями. К этому времени в результате складкообразования обнажились большие площади мелководных морей. На органических остатках морских организмов, измененных деятельностью микробов, которые играли роль первичной "почвы", появились сначала земноводные, а затем наземные формы сосудистых растений.

В кайнозойскую эру развивается флора покрытосеменных, из нее впоследствии постепенно развивается современная растительность. Господствуют млекопитающие.

Биогенный этап развития географической оболочки по времени соответствует геологическим периодам - палеозою, мезозою и кайнозою (палеоген, неоген и большая часть четвертичного периода).

Начиная с нижнего палеозоя органическая жизнь становится ведущим фактором развития географической оболочки. Слой живого вещества (его называют иногда биостром) получает глобальное распространение, с течением времени все более усложняется его структура, а также строение самих растений и животных.

Жизнь, зародившаяся первоначально в море, охватила затем сушу, воздух, проникла в глубины океанов. В процессе развития географической оболочки неоднократно менялись условия существования живых организмов, что приводило к вымиранию одних видов и приспособлению других к новым условиям.

Многие ученые сравнивают коренные перемены в развитии органической жизни, в частности выход растений на сушу, с крупными геологическими событиями - с периодами усиленного горообразования, вулканизма, регрессий и трансгрессий моря, с движением материков.

Эволюционисты дарвиновского направления считают, что крупномасштабные преобразования органического мира, в частности вымирание отдельных групп растительности и животных, появление и прогрессивное развитие других, были связаны в первую очередь с процессами, происходящими в самой биосфере. Это, однако, не отвергает способности биосферы использовать благоприятные обстоятельства, создавшиеся в результате деятельности абиогенных факторов. Например, повышение содержания углекислоты в атмосфере во время интенсивной вулканической деятельности сразу отражается на процессе фотосинтеза. Регрессия моря создает благоприятные условия для формирования органической жизни на обмелевших участках. Кроме того, существенные изменения экологических условий часто приводят к гибели многих форм, обеспечивая бесконкурентное развитие других. Считается, что есть все основания предполагать, что эпохи существенной перестройки живых организмов находятся в прямой связи с основными эпохами складкообразования - каледонской, герцинской и альпийской. Это эпохи, когда на месте геосинклиналий поднимались высокие складчатые горы, резко возрастала расчлененность рельефа, активизировалась вулканическая деятельность, когда обострялась контрастность сред и с большой активностью протекал процесс взаимообмена веществом и энергией. Изменения внешней среды служили толчком к видообразованию в органическом мире.

На связь видообразования в растительности с эпохами складкообразования (горообразования) почти одновременно в середине 50-х годов обратили внимание такие известные советские ученые, как Б. Л. Личков, И. С. Травин, А. Н. Криштофович.

О значении живого вещества в геохимической жизни Земли можно судить по органическому углероду. Абсолютное количество органического углерода в осадочной оболочке составляет 3,6 х 1015 т, или, в объемном выражении, более 3 х 106 куб. км органического вещества. Масса живого вещества, образовавшегося за время существования жизни, достигает 4 х 1019 т, или, в объемном выражении, 4 х 1010 куб. км, что в 30 раз превосходит объем современного Мирового океана. Хорошо известно, что, распределенный равномерным слоем по всей поверхности Земли, он должен был бы образовать слой мощностью в 80 км.

В биогенный этап биосфера начинает оказывать мощное воздействие на структуру всей географической оболочки. Появление фотосинтезирующих растений коренным образом изменило состав атмосферы: понизилось содержание углекислоты, появился свободный кислород.

Влияние живых организмов испытывают все компоненты географической оболочки. Меняются состав и свойства вод - речных, озерных, морских и подземных. Исключительно велико значение живых организмов в образовании и накоплении осадочных пород, образующих верхний слой земной коры. Под их влиянием происходит накопление органогенных пород (угля, коралловых известняков, диатомитов, торфа); они воздействуют на физико-химические условия миграции элементов в ландшафтах - так, в местах гниения живых органических соединений образуется восстановительная среда с недостатком кислорода, а в зоне синтеза водных растений образуется окислительная обстановка с большим количеством кислорода. Живые организмы оказывают влияние и на условия миграции элементов в земной коре, что в итоге определяет ее геохимический состав. Жизнь, по словам В. И. Вернадского, "является великим постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты".

Географической оболочке, как было указано выше, присуща выраженная зональность. О зональности геосферы в добиогенный этап нам мало что известно, зональные изменения ее в то время были, очевидно, связаны с изменениями климатических условий и коры выветривания. В биогенный этап в зональности географической оболочки ведущую роль приобретают изменения живых организмов. Начало зарождения географической зональности современного типа - это конец мелового периода (67 млн. лет назад), когда появились цветковые растения, птицы и стали широко развиваться млекопитающие. Теплый и влажный климат того времени благоприятствовал распространению пышных тропических лесов от экватора до высоких широт. На протяжении дальнейшей истории развития Земли очертания материков менялись, что приводило к изменению климатических условий. Соответственно менялись и почвенно-растительный покров, и животный мир. Постепенно усложнялись структура географических зон, видовой состав и организация биосферы.

Череп протоэмболотерия - древнего носорога, обитавшего 15-20 млн. лет назад

Пространственное положение палеоландшафтных (древних) зон в ряде случаев ставит перед исследователями много неясных вопросов. Например, сейчас невозможно дать точный ответ, почему в конце мезозоя и в начале кайнозоя в высоких широтах Арктики (Шпицберген, Гренландия, Аляска, Новая Земля, Канадский арктический архипелаг) росли богатые по составу широколиственные леса умеренного и субтропического поясов, состоящие из секвойи, платанов, каштанов, магнолий. Едва ли присутствие этой лесной растительности в Арктике можно объяснить одними переменами в очертаниях и высоте материков. В то же время нет подтверждений и гипотезе перемещения полюсов: следов "околополюсной" холодолюбивой растительности не найдено в других районах Земли.

В последовавшей за меловым периодом эре кайнозоя - в палеогене, неогене и плейстоцене - происходило постепенное охлаждение земной поверхности. Кроме того, суша расширилась, и ее северные побережья в Евразии и Северной Америке отодвигались в более высокие широты.

В начале палеогена севернее экваториальных лесов появились сезонно-влажные субэкваториальные, преимущественно листопадные, леса, в Евразии они доходили до широт Парижа и Киева. В наше время леса такого типа встречаются лишь в Индостане и Индокитае.

Дальнейшее похолодание привело к развитию субтропических, а затем в конце палеогена (26 млн. лет назад) и широколиственных лесов умеренного пояса. Сейчас эти леса находятся значительно южнее - в центре Западной Европы и на Дальнем Востоке. Субтропические леса постепенно отступали к югу. Все более отчетливо обособляются природные зоны континентальных районов - степи, обрамленные на севере лесостепями, а на юге саваннами, которые в Старом Свете были распространены по всей Сахаре, на полуострове Сомали и на востоке Индостана.

Череп и бивень мамонта, современника первобытного человека. Это животное вымерло всего несколько десятков тысяч лет назад

Бивень мамонта

Ледниковый ландшафт

В неогене (25 - 1 млн. лет назад) продолжалось похолодание. На протяжении этого периода земная поверхность охладилась на 8°. Происходит дальнейшее усложнение зональной структуры. На равнинах в северной части Евразии возникла зона смешанных, а затем и хвойных лесов. Более теплолюбивые лесные зоны сузились и сдвинулись к югу. В центральных частях континентальных районов появились пустыни и полупустыни. На севере их обрамляли степи, на юге - саванны, на востоке - редколесья и кустарники. В горах все более отчетливо проявлялась высотная зональность.

К концу неогена произошли важные изменения в природе Земли. Усилилась ледовитость Арктического бассейна, интенсивнее стали циклонические осадки в средних широтах Евразии. Вместе с продолжавшимся похолоданием это привело к возникновению оледенения в горах. Альпы, так же как и горы Северной Америки, покрылись ледниками. Уменьшилась сухость климата в Северной Африке и Передней Азии. Похолодание, особенно в высоких широтах, достигло критического рубежа.

Для плейстоцена - периода, протянувшегося приблизительно с 1 млн. до 10 тыс. лет до нашего времени, характерны последние в истории Земли оледенения: температура была на 4 - 6° ниже современной. Там, где выпадало достаточное количество осадков в виде снега, ледники могли возникать и на равнинах. Так было повсюду в субполярных широтах, и холод как бы накапливался, ведь отражательная способность снежной и ледниковой поверхности достигает 80 %; ледник расширялся, образуя сплошной щит. При этом центр оледенения в Европе находился на Скандинавском полуострове, а в Северной Америке - на Баффиновой Земле и Лабрадоре.

Оледенения как бы пульсировали, прерываясь межледниковьями. Эти пульсации - все еще предмет споров ученых. Иногда причины похолодания связывают с активизацией вулканизма. Вулканическая пыль и пепел заметно усиливают рассеяние и отражение солнечной радиации. Считается, что при уменьшении суммарной солнечной радиации только на 1 % вследствие запыленности атмосферы средняя планетарная температура воздуха должна понижаться на 5°. А дальше может действовать возрастание отражающей способности самой охваченной оледенением территории.

В период оледенений появились еще четыре природные зоны: сам ледник, который образовал полярные пояса (арктический и антарктический); вдоль края арктического пояса на вечной мерзлоте возникла зона тундры, в континентальных более сухих районах - тундростепи, а в приокеанических - луга. Эти зоны отделялись от отступающей к югу тайги зоной лесотундры.

Родословное древо человека в представлении различных авторов

Родословное дерево человека в представлении различных авторов. Продолжение

Развитие природы на протяжении последних сотен тысячелетий происходило уже в присутствии человека. Этот этап развития географической оболочки называют антропогенным. Он начался со второй половины четвертичного периода, когда появились древнейшие люди (архантропы), к числу которых относится питекантроп. Его родиной была Юго-Восточная Азия. Архантропы существовали на Земле очень длительное время - 600-350 тыс. лет назад. Однако антропогенный период в развитии географической оболочки наступает не сразу вслед за появлением человека. Длительное время воздействие человека на географическую оболочку было ничтожным. Собирательство и охота на животных с помощью дубинок или почти необработанного камня по своему воздействию на природу мало отличали древнейшего человека от животных. Древнейший человек не знал употребления огня, не имел постоянных жилищ, не пользовался одеждой. Поэтому он почти полностью находился во власти природы, а его эволюционное развитие определялось в основном биологическими закономерностями.

На смену архантропам, древнейшим людям, приходят палеоантропы - древние люди, просуществовавшие в общей сложности свыше 300 тыс. лет (350-38-35 тыс. лет назад). К одной из групп палеоантропов относится неандертальский человек, обитавший в Западной Европе. В это время произошло событие, которое трудно переоценить по его последствиям в эволюции человека: первобытный человек овладел огнем. Ф. Энгельс считал, что это открытие по своему значению превосходит даже открытие паровой машины, так как человек стал господствовать над определенной силой природы и это окончательно отделило человека от животного царства.

Огонь стал средством охоты и защиты от хищников, огонь помог человеку в борьбе с холодом, что способствовало резкому расширению области его обитания, с помощью огня изменился состав пищи. Многие ученые ставят завоевание огня первобытным человеком в один ряд с открытием ядерной энергии и началом покорения космоса.

Палеоантропы стали широко использовать в качестве жилищ пещеры, им была известна одежда. Примерно 38 - 40 тыс. лет назад палеоантропы вытесняются неоантропами, к которым относится современный человек Homo sapiens.

Путь к Homo Sapiens

К этому времени, как правило, и относят начало антропогенного периода в развитии географической оболочки.

Сорок тысяч лет! Что же изменилось за это время? Почему мы считаем, что главной движущей силой эволюции географической оболочки на современном этапе стал человек? Действительно, ведь с его появлением никто не отменял действия фундаментальных законов мироздания. Все живое, и в том числе человек, так же зависит от солнечной энергии, так же подчиняется природным ритмам и циклам. Но, создав мощные производительные силы, которые участвуют в глобальном масштабе во взаимодействии всех сфер Земли, человек делает процесс развития географической оболочки целенаправленным. Все для человека! Почувствовав свое могущество, человек на собственном опыте убедился, что лозунг этот означает и необходимость гармонии между обществом и природой, а следовательно, благополучие человека неразрывно связано с полнокровным развитием природы.

Осознание этой истины знаменует начало нового этапа эволюции географической оболочки - этапа сознательного регулирования природных процессов, подчинения природы основной цели - все для человека, для его гармоничного развития с природой.

Мы рассмотрели природный фундамент современной географии - географическую оболочку Земли, которая изучается общей физической географией, или общим землеведением. Изучение географической оболочки помогает глубже понять суть процессов и явлений, представить среду нашего обитания как единую систему, позволяет осознать наше место в природе и роль, которую призвано играть в ней общество. Подобное представление не могло возникнуть на пустом месте. Оно возникло благодаря успехам частных географических наук. Их объекты исследования - отдельные составляющие географической оболочки.