Основные типы сохранности ископаемых остатков
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
МИХАЙЛОВА Е.Д., ЦИНКОБУРОВА М.Г.
ОСНОВЫ ПАЛЕОНТОЛОГИИ И ОБЩАЯ СТРАТИГРАФИЯ
Учебное пособие
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
УДК 56(075.83)
ББК 33.131
Н632 М69
Учебное пособие содержит описание особенностей строения и данные по систематике основных представителей органического мира, используемых при геологических исследованиях. Приведенные описания дают возможность определять окаменелости на уровне крупных таксонов: классов, подклассов, отрядов, а некоторых случаях - семейств и родов.
Предназначены для студентов специальностей для направления подготовки специальности: 130300 прикладная геология - специализации: 130301 Геологическая съемка, поиски и разведка полезных ископаемых, 130303 Геология нефти и газа, 130302Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания и 130304 Прикладная геохимия, петрология, минералогия.
Научный редактор проф. Е.Д. Михайлова
Рецензенты: кафедра исторической геологии Санкт-Петербургского государственного университета; д-р г-м наук Аркадьев В.В.
Михайлова Е.Д.
М69 Основы палеонтологии и общая стратиграфия Учеб. Пособие Е.Д. Михайлова, М.Г. Цинкобурова; Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». СПб, 2012. с.
ISBN 978-5-94211-581-4
УДК 622.245.001.24(075.8)
ББК 33.131
 ISBN 978-5-94211-581-4
| Ó Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2013 |
Оглавление
Введение ……………………………………………….4
Часть 1 – Основы палеонтологии.
Раздел 1. Введение в курс. Сохранность,
образ жизни и условия существования
организмов. Классификация ископаемых
организмов………………………………………………6
Раздел 2. Надцарство Прокариоты.
Надцарство Эукариоты Тип саркодовые.
Примитивные многоклеточные.
Типы губки и археоциаты…………………………….16
Раздел 3 Тип стрекающие…………………………….31
Раздел 4 Типы Черви и Членистоногие……………...41
Раздел 5 Тип Моллюски Тип Моллюски……………50
Раздел 6 Типы Мшанки и Брахиоподы……………...85
Раздел 7 Типы Иглокожие и Полухордовые………..95
Раздел 8 Тип хордовые.Подтип позвоночные………108
Раздел 9 Царство Растения.
Царство Грибы. Проблематики. ……………………..141
Часть 2 – Основы стратиграфии. ……………………161
Раздел 10 Принципы стратиграфии.
Общие (планетарные)
стратиграфические подразделения.
Стратиграфический кодекс России.
Правила установления местных
и региональных стратиграфических
подразделений…………………………………………163
Раздел 11 Методы стратиграфии…………………….172
Раздел 12 Изотопная
геохронометрия. Геохронометрическая шкала ……..191
Библиографический список…………………………..197
Введение.
Целью курса «Основы палеонтологии и общая стратиграфия» является: во-первых - ознакомление обучающихся с принципами систематики ископаемых организмов и выяснение их связи со средой обитания; во-вторых – знакомство с современными геохронологической и стратиграфической шкалами, стратиграфическими принципами и задачами стратиграфии, а также с методами определения возраста и корреляции геологических тел.
Курс входит в состав дисциплины «Основы палеонтологи, стратиграфия и историческая геология» (С. 3.10), который предназначен для подготовки специалистов по направлению 130300 прикладная геология, специализации: 130301 Геологическая съемка, поиски и разведка полезных ископаемых и 130303 Геология нефти и газа, 130302Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания и 130304 Прикладная геохимия, петрология, минералогия.
Данный курс лекций соответствует учебной программе 2012 года
Задачи курса:
· ознакомление студентов с систематикой наиболее распространенных ископаемых организмов и принципам их использования для биостратиграфических целей,
· овладение навыками определения систематического положения основных групп ископаемых органических остатков,
· ознакомление с наиболее распространенными методами стратиграфических исследований.
Использование палеонтологических данных для геологических целей и, в частности, для определения возраста горных пород основано на фундаментальном законе необратимости эволюции органического мира. Органический мир Земли непрерывно и необратимо изменяется, каждому отрезку геологического времени отвечают характерные только для него виды растений и животных и т.о. одновозрастные отложения близкого происхождения содержат сходные комплексы органических остатков. Поэтому толщи горных пород можно сравнивать по их палеонтологической характеристике. Разрозненные геологические сведения, бывшие у человечества с ранней поры цивилизации, смогли оформиться в стройную науку «Геология» только после того, как ученые получили возможность рассматривать геологические процессы во временной последовательности. Этот временной подход к геологическим проблемам позволил устанавливать этапы формирования геологических тел и влияния на них последующих геологических процессов.
Содержание данного курса соответствует новейшим палеонтологическим исследованиям и современному уровню стратиграфических изысканий. Особое внимание уделено быстро развивающемуся направлению – бактериальная палеонтология. Учтены последние изменения в Международной Стратиграфической шкале. Освещены разнообразные современные методы стратиграфических исследований.
В изложении материала палеонтологического раздела курса автор считает необходимым, кроме классического перечисления морфологических признаков и указаний систематического положения изучаемых групп органических остатков, уделить особое внимание сведениям о связи вымерших организмов со средой их обитания. Поэтому в излагаемом курсе для каждого изучаемого организма приводятся данные об их образе жизни, особенностях бассейна, в котором они могли существовать и т.п.
Знания, полученные при изучении курса «Основы палеонтологии и общая стратиграфия», можно использовать при прохождении полевых учебных и производственных практик для определения органических остатков и построения стратиграфических колонок, а также при написании курсовых работ и дипломного проекта.
В конспекте лекций использованы иллюстрации из следующих учебников: Владимирская Е.В., Кагарманов А.Х. (1985), Михайлова И.А., Бондаренко И.А. (1997), Михайлова И.А., Бондаренко И.А. (2006) и с сайта http://www.macroevolution.narod.ru, а также фотографии образцов из коллекции кафедры исторической и динамической геологии университета «Горный» и личные фотографии авторов.
Часть 1 «Основы палеонтологии»
Раздел 1. Введение в курс. Сохранность, образ жизни и условия существования организмов. Классификация ископаемых организмов.
Содержание раздела 1: Часть 1 – основы палеонтологии. Раздел 1. типы сохранности органических остатков. Взаимосвязь процессов развития органического мира, земной коры, атмосферы и гидросферы. Значение палеонтологии для стратиграфии и восстановления среды обитания. Биономические области моря. Принципы систематики организмов, естественная и искусственная классификации.
Введение в курс
Палеонтология – наука о вымерших животных и растениях, населявших нашу планету. Органический мир на протяжении своего существования развивается совместно с геологическими процессами, происходящими на Земле, и любое изменение внешней среды вызывает изменение органического мира.
Роль палеонтологии в геологических науках. Палеонтологические знания позволяют развивать разные направления геологии. Они дают возможность:
· определять относительный возраст горных пород (биостратиграфия),
· восстанавливать обстановки осадконакопления (палеогеография),
· выявлять породообразующего значения организмов (литология).
Общая стратиграфия. Стратиграфияв переводе с латинского значит «слоеописание».
Стратиграфия - геологическая дисциплина, - изучающая временные и пространственные соотношения нормально пластующихся горных тел Земной коры - осадочных, вулканогенных и метаморфических.
Роль стратиграфии в геологических науках. Она дает возможность:
· делать выводы о последовательности образования геологических тел,
· устанавливать последовательность геологических событий,
· создавать палеогеографические реконструкции.
Статус науки геология обрела лишь тогда, когда возникла стратиграфия с ее геоисторическим подходом к геологическим процессам
Палеонтология изучает органический мир прошлых геологических эпох - вымерших животных и растений, населявшихнашу планету. Она содержит знания о видовом составе ископаемых организмов, их морфологии и изменчивости, о времени существования и ареала распространения видов, об образе жизни древних организмов и связи их со средой обитания, решает вопросы систематики и эволюции, восстанавливает основные направления развития крупных групп животных и растений. Палеонтологические данные позволяют установить относительный возраст осадочных горных пород, содержащих органические остатки, выяснить генезис этих пород, восстановить особенности древних бассейнов и палеогеографию региона, реконструировать органический мир прошлых биосфер.
Задачи палеонтологии
• Изучение видового состава организмов по их ископаемым остаткам.
• Изучение морфологии (особенности строения) организмов.
• Изучение онтогенеза - изменений отдельных признаков в ходе индивидуального развития организмов.
• Изучение филогении близких групп организмов.
• Определение времени существования и ареала распространения изучаемых видов.
Разделы палеонтологии:
• Палеозоология (палеофаунистика)
- Макропалеозоология
- Микропалеозоология (изучает организмы, организмы, размеры которых около 1 мм и меньше)
• Палеоботаника (палеофлористика)
- Палинология (изучает споры и пыльцу растений)
• Тафономия (изучает особенности захоронения организмов)
• Палеоэкология (изучает среду обитания организмов)
• Палеобиогеография (изучает закономерности пространственного распределения организмов)
• Палеонтологические проблематики
В отличие от биологических наук, материалом палеонтологии служат любые сохранившиеся в слоях пород остатки организмов и следы их жизнедеятельности. Остатки древних организмов называют «ископаемые», «окаменелости», «органические остатки», «фоссилии». Чаще всего в ископаемом состоянии встречаются скелеты организмов, их части и слепки. Скелет бывает внешний и внутренний в виде раковины, единого панциря, трубок и т.п.
При изучении палеонтологии основное внимание уделяется строению твердого скелета и пояснению общих признаков основных групп ископаемых беспозвоночных животных. Необходимые сведения о строении мягкого тела, онтогенетическом развитии и родственных связях изучаемых органических остатков студенты могут найти в рекомендуемой ниже литературе. В настоящем учебном курсе приведены признаки ископаемых, которые могут быть использованы при визуальном рассмотрении объектов. При желании получить более подробные сведения об окаменелостям необходимо использовать дополнительную литературу. Поскольку перед студентом стоит задача не только определить органические остатки, но одновременно выяснить геологический возраст и обстановку их существования, в характеристику ископаемых групп включены соответствующие пояснения.
Раздел 1
Основные типы сохранности ископаемых остатков
Остатки организмов могут сохраняться в породах во-первых при благоприятных условиях захоронения и во-вторых при наличии прочного скелета.
По типу сохранности выделяют: Субфоссилии - ископаемые, у которых сохранился не только скелет, но и частично мягкие ткани; Эуфоссилии– ископаемые, у которых сохранились скелеты, их фрагменты или их отпечатки; Ихнофоссилии– следы ползанья, зарывания, отпечатки лап и т.п.; Капрофоссилии – конечные продукты пищеварения животных – окаменевшие экскременты. Они имеют вид валиков, желваков, холмиков; Хемофоссилии – органические ископаемые биомолекулы растительного и животного происхождения
Размеры ископаемых организмов (фоссилий): макрофоссилии (более 1мм), микрофоссилии (десятые и сотые доли мм), наннофоссилии (тысячные доли мм)
Процессы преобразования погибших организмов в ископаемые называют фоссилизацией. Захоронение погибших организмов сопровождается воздействием на них различных факторов среды. Органические остатки проходят все процессы диагенеза, т.е. физических и химических преобразований при переходе осадка в породу, в которую они заключены (Рис. 1.1 ).
Лучше сохраняются организмы, обитавшие в водной, в основном морской среде, хуже – те, что обитали на суше в условиях окислительной среды, которая способствует быстрому разрушению мягких тканей и скелета.
|
| Рис. 1.1 Схема образования отпечатка на примере ребристой раковины двустворок: (а-б), внутреннего ядра (в-ж) и внешнего ядра (з-л) наего ядра (з-л), Ом – отпечатки мускулов ядер. |
Сохранность ископаемых остатков определяется многими физико-географическими факторами. После гибели организма в первую очередь разрушаются мягкие ткани, затем начинается заполнение пустот скелета вмещающим осадком или минеральными соединениями. Не все организмы после гибели превращаются в окаменелости. Большая часть их подвергается гниению и разрушению, в итоге исчезает бесследно. Но некоторые из них сохраняются частично, а в идеальных случаях - и полностью. Но обычно остается только твердый скелет.
Наиболее распространенный состав скелетов организмов:
• карбонатный,
• силикатный,
• органический
Скелет бывает внешний и внутренний - в виде раковины, единого панциря, трубок и т.п. В процессе литогенеза внутренняя часть наружного скелета заполняется осадком.
Внутренние ядра – форма сохранности в виде естественного слепка («отливки»), образовавшегося в результате заполнения рыхлым осадком или вторичным минералом первичной полости в скелетном остатке организма. Внутреннее ядро воспроизводит его форму и размер, а также часто отражает негативно структуру внутренней поверхности.
Наружные ядра – «отливки», образовавшиеся после разрушения наружного скелета организма и заполнения полости осадком. Наружные ядра отражают размеры и структуру внешней поверхности.
Взаимосвязь процессов развития органического мира, земной коры, атмосферы и гидросферы. Образ жизни и условия существования организмов.Организмы тесно связаны со своей средой обитания – биосферой. Она является «оболочкой жизни» – областью существования всего живого вещества. В геологическом аспекте к ней относятся части земной коры и атмосферы, занятые организмами.
Живые организмы служат трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию – электрическую, химическую, механическую, тепловую и т. д. Жизнь является важным фактором, преображающим лик Земли. Она обладает способностью значительного ускорения химических реакций. Одна из особенностей организмов - способность вырабатывать ферменты – белковые катализаторы разнообразных процессов.
Установлено, что:
• Состав газовой оболочки Земли почти полностью регулируется жизнью.
• Значительная часть осадочных пород образовалось при помощи организмов.
Автотрофные организмы получают энергию для жизнедеятельности в результате фотосинтеза или хемосинтеза – растения и часть бактерий
Гетеротрофные организмы получают энергию для жизнедеятельности путем поглощения других организмов – грибы и животные.
Основные законы развития органического мира:
1 – если вид однажды исчез, то он не возникнет вновь (закон о необратимости эволюции);
2 –специализированная организация потомков, лучше приспособленных к окружающей среде, приводит к более сложненным формам (причина прогрессивной эволюции);
3 – определенные организмы могут существовать в определенных условиях, поэтому эволюция является по своей сути приспособительной, скоррелированной с условиями обитания (адаптивная эволюция);
4 – расхождение, или дивергенция признаков происходит путем расщепления признаков от одной предковой формы (монофилетическая эволюция);
5 – в ископаемом состоянии сохраняется незначительное число организмов (неполнота геологической летописи).
Существование организмов определяется биотическими (пищевые связи и взаимоотношение с другими организмами) и абиотическими (соленость, температура, глубина, характер грунта и т.д.) факторами среды обитания. Каждый организм для своего существования требует определенных условий. Организмы отличаются:
1. По условиям жизни.
2. По способу существования
3. По способу питания
Наиболее насыщенная жизнь отмечается в морской среде, где существует около десятка биономических зон. Наземная среда обитания по сравнению с морской является более разнообразной, но вероятность сохранности захороненных организмов значительно меньше.
Биономические области океана. К ним относятся: шельф – континентальная отмель (субралитораль, литораль, сублитораль, эпибатиаль) (толща воды над ним называется неритовой областью), континентальный склон (батиальная область), ложе океана, подводные горы, глубоководные желоба (абиссальная область, пелагиаль). Для каждой из них характерен свой комплекс организмов.
Выделяются следующие типы водных бассейнов в зависимости от солености воды:
нормальной солености (1,7 – 4,3%, средняя - 3,0-3,5% солей),
повышенной солености (более 4,3%),
пониженной солености (0,05 - 1,7%),
пресная (менее 0,05%).
По отношению к изменению солености выделяют стеногалинные организмы (могущие жить только в бассейнах с постоянной соленостью воды - нормальных или пресных водах) и эвригалинные (могут переносить колебания солености).
По образу жизниводные организмы подразделяются на – бентос (придонные жители), планктон (пассивно парящие организмы), нектон (активно плавающие организмы).
Между образом жизни и средой, с одной стороны, и особенностям строении организмов, с другой, существует постоянная взаимосвязь. Изучив ее на примере ныне живущих организмов, исследователь может получить материал, позволяющий восстановить среду обитания и образ жизни вымерших организмов.