Таємниця котельнич розгадана

Величезне місцезнаходження, розташоване на правому березі р.. Вятки, у г.Котельніч Кіровської обл., Знаменито скупченням скам'янілих залишків позднепермскіх тварин, серед яких особливо багато парейазавров. З часу перших знахідок цих ящерів в котельнич пройшло більше 60 років, але з приводу того, як могло утворитися таке грандіозне поховання, до цих пір ведуться спори [1]. Немає ясності й у тому, які ландшафти були характерні для Російської платформи (частина якої становив басейн В'ятки) під час існування тварин, чиї кістки і скелети знайдені в котельнич. Зараз, коли вивчені рослинні залишки з цього ж місцезнаходження, і ландшафти, і умови, що призвели до захоронення безлічі тварин в одному місці, є цілком визначеними.

Мені неодноразово траплялося працювати і на самому котельніческом розрізі, і з колекціями в місцевому музеї, де створена досить представницька експозиція скам'янілих залишків приміських рептилій. Бував я і на багатьох інших класичних розрізах верхнепермскіх відкладень, зокрема на тих, які відносяться до татарського ярусу (як породи, що витягають у г.Котельніч) в Поволжі, Прикам'ї і на півночі Російської платформи. Отримані під час цих експедицій результати дозволяють по-новому поглянути на походження котельніческого місцезнаходження пермської біоти.

Нагадаю коротко, як виглядають оголення у котельнич. Незважаючи на уявну сторонньому спостерігачеві однорідність порід, їх склад досить різноманітний. Більша частина верхніх шарів складена глинами (місцеві геологи їх зазвичай називають коротким словом "вап"), які іноді переходять в більш щільні аргіліти характерного червонуватого або малинового відтінку. У нижній частині розрізу присутні светлоокрашенние прошаруй, збагачені карбонатною матеріалом. У середній і верхній частинах розрізу зустрічаються численні піщані лінзи, від дрібних до величезних, як наприклад Соколя Гора.

стратиграфічні колонки трьох основних розрізів у котельнич. Видно, що палеопочви з залишками коренів вищих рослин розташовуються в нижніх горизонтах (позначені стрілками).

Під час роботи на котельніческом розрізі я помітив досить дивні освіти, що траплялися в сероцветних прошарку нижній частині оголення. Місцями вони піддалися вивітрюванню, і відносно м'який більш глинистий матеріал був зруйнований вітром і вимитий дощовими водами. Саме там виразно виявлялася упорядкованість, структурованість породи - у ній видно було досить великі вертикальні конкреції майже циліндричної форми. Після уважного огляду, фотографування і замальовок ми з колегами спробували викопати одну з конкрецій, яка йшла в глиб щільної глини, поступово зменшуючись в діаметрі і даючи бічні відгалуження. Коли один з таких карбонатних трубок була розбита, виявилося, що всередині вона заповнена червонуватим глинистим матеріалом, який за кольором відрізняється від вміщає ці прошаруй породи.

Треба сказати, що мені вже доводилося стикатися з карбонатними трубками у відкладеннях татарського ярусу на Руській платформі. Ми з М. П. Ареф'євих, великим поціновувачем верхнепермскіх відкладень і професійним фотографом, описали калькрети - своєрідні поховані карбонатні грунти, утворюють тверду корку на поверхні [2]. Ці калькрети були виявлені у відкладеннях верхнетатарского под'яруса на березі р.Сухони у Вологодській обл. У таких грунтах нам раз у раз траплялися вертикальні трубки, заповнені глинистим матеріалом. Після відмивання ми виявили, що вони мають бічні відгалуження, що дуже нагадують придаткові корінці вищих рослин. Незабаром нам зустрілися такі ж трубки, але з добре збереглася внутрішньою структурою. Розглянувши зразок під електронним скануючим мікроскопом, ми з'ясували, що це тканини провідної системи рослин - флоема, пучки первинної ксілеми з добре помітними трахеідамі і т.д. Сумнівів не залишалося: ми мали справу з залишками кореневої системи вищих рослин.
                 Одна з карбонатних трубок, виявлених в палеопочвах татарського ярусу (ліворуч). Поруч - та ж трубка, витягнута з породи.   Виявилося, що це корінь Radicites aff. sukhonensis, покритий потужною кальцитових "сорочкою" з горбистою поверхнею.     

Ідентифікувати таємничі котельніческіе конкреції виявилося трохи важче. Але після ретельного вивчення самих трубок та їх вмісту не залишилося жодних сумнівів у тому, що це теж залишки коренів. Рослини ж, чиє коріння ми знайшли в котельнич у вигляді трубок, ставилися або до тим же видів, що й Сухонський, або до їх найближчим родичам. Зауважу, палеоботаніки часто мають справу з скам'янілостями не лише рослини, а окремих його частин, яким і дають наукову назву. Коріння, знайдені в татарських відкладах басейну Сухона, були визначені як Radicites sukhonensis, а залишки з котельнич за схожість з Сухонський - R. aff. sukhonensis (aff. - скорочена affinis - родич; вживається в тому випадку, коли точно визначити вид не вдається).

Як же утворилися шари з настільки своєрідними корінням, укладеними в потужні карбонатні "сорочки" і що збереглися в прижиттєвому положенні in situ, тобто на місці зростання рослин? Щоб відповісти на це питання, треба згадати про клімат.

Наприкінці пермського періоду клімат майже по всій Землі був посушливим. Руська платформа належала в той час до семіарідних поясу. Сліди колишньої сухості видні всюди: це і потужні красноцвети, які могли утворитися лише за рахунок своєрідного аридного літогенезу, і еолові відкладення, і палеотакири (вкриті тріщинами відкладення висохлих тимчасових водойм), і безстічні западини з періодично пересихають озерами (такі водойми називають плайевимі), які заповнювалися специфічними опадами - рівнинним пролювіем [3]. Аридної клімату підтверджується також багатьма морфологічними ознаками наземних рослин, наприклад шипами по краях листя і довгими тріхомамі на поверхні епідермо. Ті й інші є і у нинішніх рослин з посушливих зон і допомагають вижити у теплому і сухому кліматі.

Листя рослини Acanthopteridium spinimarginalis (ліворуч) та їх мікроструктура.
По краях листя видно шипи - ознака, характерний для рослин посушливих зон.

У цих несприятливих умовах древні рослини добували воду так само, як сучасні представники рослинності аридних і семіарідних областей Землі. Одні вегетували тільки в періоди сезонних зволоження, в основному - навесні, встигаючи розвинути досить густу мережу тонких приповерхневих корінців, які ефективно поглинали воду, коли випадали дощі. Така життєва стратегія властива сучасним ефемероїди (рослинам з коротким вегетаційним періодом), що покриває пишним килимом пустелі і напівпустелі в періоди сезонних дощів. Те, що в татарське час існувала виразна сезонність, підтверджується і наявністю річних кілець в деревині, виявлених в верхнепермскіх відкладеннях, у тому числі в котельнич. У породах верхньої перму досить часто трапляються також залишки приповерхневих рясно розгалужених коренів. Зустрічаються вони і в котельніческом розрізі, як правило - у більш піщанистого прошарках глинистої товщі. "Прихильники" такої стратегії, очевидно, були татарські птерідофіти - в основному хвощі і папороті, а також деякі птерідосперми, тобто найбільш примітивні голонасінні рослини.

Життя інших наземних рослин татарського часу в меншій мірі залежала від атмосферних опадів. Навіть в екстремально посушливі сезони життєдайна волога поглиналася з глибин грунту довгими вертикальними корінням (такі рослини в науковій літературі називають фреатофітамі), подібно до того, як видобувають воду нинішні мешканці аридних областей, наприклад саксаул, висмоктує грунтову воду 10-11-метровими корінням. До цієї групи копалин рослин належать ті, які мали коріння типу R. sukhonensis, досить часто зустрічаються в татарських відкладеннях великій території Російської платформи - від басейну Ками та Волги до Архангельської обл. Коріння, знайдені в ізвестковістих прошарку нижній частині товщі верхнепермскіх порід у котельнич, належать тому ж типу.

кальцитові корочки навколо коренів R. sukhonensis і навіть потужні прошаруй карбонатів у корненосних шарах могли утворитися в аридних умовах того часу. При інтенсивне випаровування вологи з грунту що містяться в ній солі кальцію зазвичай осідають на частинках грунту і зодягну спочатку тонкими, а потім все більш і більш потужними кірками все, що знаходиться в приповерхневому шарі, включаючи і коріння. Так поступово вони "одягалися" карбонатної сорочкою і в позднепермское час.

Звернемося тепер до предмету наукових суперечок про котельнич - проблемі утворення цього місцезнаходження. У нижніх частинах його глинистої товщі є прошаруй калькретов і сероцветов. Останні є поховані палеопочви, а між ними залягають прибережні і мілководні відкладення. До них, до речі, приурочені залишки парейазавров (Deltavjatia) та інших рептилій з котельнич. Мабуть, ящери паслися в заростях рослин з корінням типу R. aff. sukhonensis і час від часу потрапляли в тванисті ділянки з глинистої рідотою, покритої підсохлій від постійної спеки скоринкою. Саме там парейазаври пов'язали і гинули, ці тонкі місця стали їх могилою. Такий висновок підтверджується тим, що багато хто з них виявилися похованими в прижиттєвому становищі: з підігнутими ногами, що лежать на боці з закинутою головою і т.д. До трупах парейазавров підбиралися дрібні хижаки і падальщики, які теж нерідко потрапляли в пастки з в'язкої глинистої бруду і яких виявляють у котельнич. У міру зволоження клімату берегова лінія наближалася до вже почала формуватися природному могильнику. Прибережні рослини з потужними вертикальними країнами зникли, їм на зміну прийшла рослинність з ефемероїди з багаторазово гілкуюються горизонтальними корінцями. Швидше за все це були птерідофіти і пурсонгіі (пельтаспермовие голонасінні). Листя пурсонгій і спорових рослин (в основному хвощів) знайдені в котельнич, а також в інших розрізах приблизно того ж стратиграфічного рівня - у глинистих сероцветних лінзочках з тонкослоістих озерних або прибережних відкладень [4].

Узагальнений розріз верхнепермскіх (татарських) відкладень у г.Котельніч. Горизонти, в яких знайдені рештки тварин і рослин, відзначені цифрами; стрілками зазначені шари, що містять скам'янілості земноводних (двінозавра), рептилій (дельтавятіі, Сумин, діцінодонта, хижого терапсіда) і вищих рослин (корені Radicites aff. sukhonensis і залишки листя пурсонгіі).

Піщані лінзи у верхній частині котельніческого розрізу сформовані швидше за все відкладеннями двох видів - річковими і еоловими. Перші виникли за рахунок виносу піску з річок, що впадають в мілководні, але великі озера, а другий - завдяки освіті дюн (по суті це і є копалини дюни).

Отже, якщо враховувати будову котельніческого розрізу, характер збереження тварин, розподіл палеопочв і кореневих залишків копалин рослин, можна зрозуміти, що представляли собою місцеві ландшафти позднепермского часу. Це були безстічні улоговини з мілководними, періодично пересихають озерами, береги яких покривали хвощі, папороті і птерідосперми. Такі ландшафти були характерні майже для всієї Російської платформи, включаючи нинішній басейн Вятки, і навіть для Приуралля. Підтвердженням цього є широке поширення комплексу відкладень з характерними карбонатними прошарками, в яких укладені коріння R. sukhonensis і близьких типів, а також глинистих товщ з тонкими корінцями ефемероїди.

Реконструкція рослинних угруповань Російської платформи в позднетатарское час. Мілководну зону (1) з характерними для неї відкладеннями, іноді зберігають знаки брижах, займали, мабуть, водорості. Від них не залишилося майже ніяких слідів, а рідко зустрічаються тут тонкі корінці (а) потрапили сюди з розмитих грунтів більш далеких місць. У наступній, періодично пересихаючої, зоні (2) виростали ефемероїди з приповерхневими розгалуженими корінням різних морфологічних типів (б, в, г). Залишки таких коренів виявлені і в палеотакирах - стародавніх грунтах, поверхня яких вкрита тріщинами всихання. Далеко від берега, куди не доходила вода навіть в періоди її максимального рівня, розвивалося співтовариство фреатофітов - рослин, які поглинали глибоко залягають грунтову воду потужними довгими коренями (д). Їх залишки зустрічаються у вигляді кальцитових трубок в породах з карбонатними панцирями. Такі ж скам'янілі частини коренів у відповідних шарах знайдені в котельніческом розрізі.

Однак існує й інший погляд на можливу реконструкцію ландшафтних особливостей Російської платформи в татарському столітті. М. Г. Миних, наприклад, приводив аргументи на користь існування там дуже великого морського басейну [5]. Основним доказом своєї думки він вважав присутність залишків великих акул у відкладеннях татарського ярусу. Але добре відомо, що багато хто з копалин акул (наприклад, рід Pleuracanthus і представники інших родів, у безлічі що знаходяться в приміських відкладеннях Західної та Центральної Європи), як і деякі сучасні акули, досить добре пристосовані до життя у відносно невеликих прісноводних і солонкувато-водних водоймах. Як видно, в таких самих умовах могли жити і татарські Акулова (еласмобранхіі).

Тут вже йшлося про палеопочвах, коріння та інших залишках вищих рослин. Тепер можна спробувати зробити начерк стародавньої рослинності. При її реконструкції використовують поняття "Катена" (введене в палеоботанік В. А. Красиловим), тобто послідовність рослинних угруповань, або асоціацій, що змінюють один одного в міру віддалення від басейну або водотоку в залежності від зміни висотності.

Позднетатарская Катена Руської платформи і Приуралля складалася з двох основних спільнот [2]. Перше з них, прибережна, представлено членістостебельнимі, або хвощеобразнимі. Їх залишки формально відносять до декількох родів (Paracalamites, Phyllotheca, Paracalamitina), але швидше за все це різні частини одного і того ж рослини [6]. Судячи з досить великим фрагментами пагонів, близько 2-3 см товщиною, що трапляються в сероцветних лінзах у котельнич, вони могли досягати висоти в півтора-два метри. Ці родичі сучасних хвощів були схожі на них і екологічно - утворювали монодомінантние зарості по берегах тимчасових і постійних водотоків і водоймищ.

Крім членістостебельних в тій же асоціації в оазисах по берегах озер і річок росли рідкісні папороті і пельтаспермовие птерідосперми з довгими ланцетоподібними листям і жіночими семеноснимі органами у вигляді дисків.

Рослинна співтовариство, в якому домінували членістостебельние і пельтаспермовие, становила перша ланка катени і, по всій видимості, служило основним притулком і кормовою базою для наземних хребетних татарського століття.

У другому ланці татарської катени переважали фреатофіти - рослини з довгими коренями. Це були голонасінні, швидше за все - хвойні. З них у котельнич зустрічалися, мабуть, представники тільки одного роду хвойних - Geinitzia - деревних рослин з вузькими голчастим листям. Ймовірно, копалини деревини, що трапляються і в котельнич, і в інших місцезнаходження татарської біоти, належать саме цим хвойним.

Дуже рідко в котельнич зустрічаються листя ще одного цікавого пермського рослини - Rhipidopsis. Його дланевідно розсічена листова пластинка трохи нагадує листя сучасного каштана. У моїй колекції є тільки один відбиток такого листа, переданий мені для вивчення палеонтологами з Котельніческого музею. Можливо, ріпідопсіси виростали між зонами розповсюдження ефемероїди і фреатофітов і були дуже нечисленними.

Залишки коренів вищих рослин з татарських відкладень Російської платформи. Тонкі горизонтально розгалужені корені (лівий ряд), можливо, належали ефемероїди, а вертикальні коріння типу Radicites sukhonensis, виявлені в палеопочвах з карбонатними панцирями, - фреатофітам. Розмір дан у натуральну величину.

Пагони і листя найбільш типових позднепермскіх рослин з татарських відкладень Російської платформи. На втечу хвойного рослини гейніціі (1) видно листя-голки, а на втечу артізіі (2) - поперечна сегментація; листя пельтаспермового голонасінних рослин пурсонгіі (3) та акантоптерідіума (4) збереглися у вигляді відбитків.

Судячи з усього, сухість клімату на кордоні перму і тріасу досягла апогею. Річки та озера періодично пересихали, але все-таки були джерелом життя і для рослин, і для тварин. Розвивалися карбонатні панцирі, серед яких то тут, то там стирчали товсті і присадкуваті стовбури хвойних - гейніцій. І тільки в періоди сезонних дощів рівень води в річках і озерах піднімався, пустельний ландшафт на короткий час оживав: низини по берегах водойм ефемерних покривалися пишним килимом птерідофітов, в основному хвощів і папоротей. Починався сезон розмноження і у рослин, і у тварин.

Позднетатарскій ландшафт Російської платформи чверть мільярда років тому. Берег покритий ефемероїди та іншими сезонно вегетуючих рослинами. На передньому плані - пурсонгія, на втечі якій видно пережиму, що виникають із-за сезонних перерв зростання.

Представлена тут картина далеко не повна, щоб цілком реконструювати позднепермскіе ландшафти і біоту. Сподіваюся, їх вивчення на цьому не зупиниться, а дослідженню палеопочв буде приділено особливо пильну увагу. Вкрай необхідно розробити систематику і таксономії викопних коренів - адже саме вони допомогли розгадати таємницю котельнич.

Література

1. Очев В.Г. Таємничий Котельнич// Природа. 1995. № 2. С.53-59.

2. Ареф'єв М.П., Наугольний С.В.// Палеонтол. журн. 1998. № 1. С.86-99.

3. Твердохлєбов В.П., Твердохлебова Г.М., Гоманьков А.В. Ландшафтні особливості Південного Передуралля в позднетатарское час// Палеофлорістіка і стратиграфія фанерозою. М., 1989. С.175-177. Препринт Геол. ін-ту РАН.

4. Гоманьков А.В.// Стратиграфія. Геол. кореляція. 1997. Т.5. № 4. С.3-12.

5. Миних М.Г. Про генезис татарських красноцветов Російської платформи// Палеофлорістіка і стратиграфія фанерозою. М., 1989. С.139-141. Препринт Геол. ін-ту РАН.

6. Наугольний С.В. Порівняльний аналіз приміських флористичних комплексів стратотіпіческого регіону (Середнє Приураллі) і кожімского розрізу (Печорський басейн)// Урал: фундамент. пробл. геодинаміки і стратиграфії. М., 1998. С.154-182.