Окно в карбон: тропические леса и коралловые рифы Подмосковья. «В мире науки» № 4

Какой была территория нынешней Москвы, когда на Земле еще не было динозавров? Более 350 млн лет назад, в каменноугольный период здесь было теплое коралловое море, окруженное пышной тропической растительностью. Именно об этом интереснейшем времени в истории Земли пойдет речь в интервью с главным научным сотрудником Геологического института РАН Сергеем Владимировичем Наугольных, профессором РАН, доктором геолого-минералогических наук.

— Сергей Владимирович, в своей книге «Палеонтология Москвы и Подмосковья» вы пишете, что Москва — единственная столица в мире, окруженная десятками геолого-палеонтологических памятников. Расскажите, пожалуйста, об этом подробнее.

— Верно. Москва — действительно единственный в своем роде город, который полностью окружен самыми разнообразными геологическими и палеонтологическими памятниками. Палеонтологически значимые объекты есть как в самой Москве, так и в ее ближайших окрестностях. Причем объекты эти охватывают стратиграфически очень широкий интервал: от каменноугольного периода (начался 360 млн лет назад, окончился 299 млн лет назад) до четвертичного (начался около 2,5 млн лет назад). Каждый из геолого-палеонтологических объектов Москвы и Подмосковья обладает очень большой значимостью для науки. Если взять Европу и ее столицы, то там такого разнообразия геолого-палеонтологических памятников мы не встретим.

— Как выглядел типичный пейзаж территории Москвы и Подмосковья каменноугольного периода и что это вообще за период?

— Для начала давайте вспомним, что каменноугольный период, или карбон, длился достаточно долго — около 60 млн лет. За ним последовал пермский период. Очевидно, что за этот временной интервал палеографическая и палеоклиматическая ситуация постоянно менялись — ландшафт не был все время одним и тем же. В начале карбона в Подмосковье располагались тропические леса, затем они сменились мелководным морским бассейном, очень теплым, тропическим, в котором обитало огромное количество морских беспозвоночных животных.

В начале каменноугольного периода на территории современного Подмосковья существовала богатая тропическая растительность. В ней доминировали древовидные плауновидные растения: лепидодендроны и их ближайшие родственники. Они, кстати, тоже очень многое говорят о климате, потому что для этих растений были характерны так называемые маноксильные, или маноксилические, стволы. Основной объем такого ствола занимала не древесина, как у многих современных деревьев, а кора, и это прямое указание на теплый тропический климат и отсутствие сезонных похолоданий.

К сожалению, мы имеем не так много свидетельств о том, кто жил среди этой богатой и разнообразной растительности. Есть интересные находки членистоногих в Ростовской области, где растительность была такого же типа. Там были найдены остатки гигантских многоножек — артроплевр, достигавших в длину 2 м. Известны также остатки ископаемых стрекоз — меганевр, тоже очень крупных. В Подмосковье они пока не найдены, но в Ростовской области, где есть отложения примерно этого же возраста, они известны. В Москве и Подмосковье, в свою очередь, найдены, например, остатки антракозавров — рептилиоморф, которые сохранили в своем строении очень много признаков амфибий, или земноводных. По сути, это переходные формы от земноводных к рептилиям. Кроме того, в карбоне жили и настоящие рептилии, а именно —  первые синапсиды: ветвь тетрапод, которая привела в конечном итоге и к нам с вами.

— То есть одна ветвь рептилий из карбона привела к динозаврам, крокодилам и птицам, а другая — к млекопитающим?

— Все верно. Те тетраподы, которые дали начало ветви, идущей к млекопитающим, — это так называемые пеликозавры, в частности эдафозавры (эффектные ящеры с парусом на спине). Все, кто интересуется палеонтологией, наверняка знают их. Эти животные обитали в каменноугольных лесах. К сожалению, пеликозавры в Подмосковье пока не найдены, хотя поблизости есть одно местонахождение, где можно ожидать находок тетрапод каменноугольного возраста, — это Серебрянский карьер Рязанской области. Такими поисками нужно заниматься целенаправленно и всерьез.

— Хотя находок тех первых рептилий в Подмосковье пока и нет, зато здесь по сей день обнаруживают остатки колоний коралловых рифов.

— Да. Кораллы действительно попадаются в подмосковном карбоне, причем они довольно разнообразные и многочисленные. Встречаются колониальные кораллы: табулятные и четырехлучевые, или ругозы. Встречаются и одиночные ругозы.

Именно колониальные кораллы позволяют нам составить точное представление о климате, который существовал в каменноугольном периоде в Подмосковье.

Колониальные кораллы — это животные, которые обитают исключительно в теплых и мелководных морях. Вместе с коралловыми полипами существуют и их симбиотические организмы — фотосинтезирующие водоросли. Соответственно, кораллы могут развиваться только в фотической зоне (верхнем слое океана, освещенность которого достаточна для протекания процесса фотосинтеза. — Примеч. ред.). Благодаря изучению кораллов мы можем сделать выводы не только о палеоклимате, но и о глубине бассейна. Очевидно, что глубина этого бассейна не превышала 50 м. Но я думаю, что доминирующими глубинами были первые метры. Время от времени этот морской бассейн осушался.

— В этом море водились акулы?

— Да, конечно, рыб было много, причем самых разных. Что удивительно, в Подмосковье встречаются остатки совершенно феноменальных существ, которые тоже близки к акулам, их даже когда-то считали акулами. Это хрящевые рыбы двух семейств: эдестиды и геликоприониды. Эдестиды обладали очень интересным строением зубов. Из их нижней челюсти выступала дуга, на которой располагались режущие зубы, причем по краям этих зубов находилась зазубренная кромка, которая позволяла разрезать добычу, — что-то вроде серпа. И сверху у них тоже была своего рода «противодуга». Совместно эти две челюсти работали как гигантские ножницы. У геликоприонид режущие зубы были собраны в спираль, располагавшуюся на нижней челюсти.

— Что в итоге произошло с коралловым морем на территории нынешней Москвы и области? Оно просто высохло?

— Моря трансгрессируют, регрессируют, приходят и уходят — это естественный процесс. Существуют также долговременные колебания земной коры, которые сказываются на уровне моря, есть долговременные колебания уровня моря. Так что тот морской бассейн, который существовал в течение карбона, регрессировал и в итоге остался лишь небольшой пролив в Приуралье, который в середине пермского периода (около 260 млн лет назад) тоже исчез.

— На какое из современных морей было похоже это море?

— Можно привести в качестве аналога залив Акаба в Красном море. Это мелководье, платформенные рифы, карбонатное осадконакопление, очень теплый тропический климат, колониальные кораллы. Думаю, экологически эти бассейны очень схожи. Но, конечно, в каменноугольном море Подмосковья были таксономически другие кораллы — табуляты и четырехлучевые кораллы. В Акабском заливе современные кораллы успешно развиваются, но это в основном шестилучевые кораллы.

— Вернемся к растительности. Цветов же не было в карбоне, они появились потом?

— Да, цветковых растений не было, а были в основном споровые растения. В карбоне они буквально процветали. Это преимущественно древовидные плауновидные — лепидодендроны. Плауновидные карбона родственны современным ликоподиумам, то есть плаунам. Но в карбоне эти растения были огромными; диаметр их стволов у основания мог достигать 2 м! Такие находки нам известны. В высоту эти растения достигали не менее 30 м, воистину гигантские представители растений того времени. В современной флоре подобные растения представлены исключительно травянистыми формами. Кроме того, были в карбоне и папоротники — как травянистые, так и древовидные. Важно, что в карбоне появляется первое базовое разнообразие голосеменных растений. Некоторые из каменноугольных насекомых были адаптированы в трофическом отношении на питание семязачатками голосеменных растений, в частности птеридоспермов, или семенных папоротников. Птеридоспермов в карбоне было много, и в регионе, которому сейчас соответствует Подмосковье, эти интересные растения тоже произрастали.

Появление базового разнообразия голосеменных растений — знаковое событие для каменноугольного периода. А в конце карбона появляются еще и хвойные, тоже представители довольно высокоорганизованных голосеменных. Для палеоботаники все это имеет очень большое значение.

— И именно в каменноугольный период насекомые научились летать?

— Да, полноценный полет был массово освоен насекомыми именно в карбоне. Крупных насекомых в тот период на Земле было предостаточно, да и мелких тоже.

— Москву называют Белокаменной. Это как-то связано с геологией карбона?

— Да, этот вопрос имеет прямое отношение к каменноугольному периоду. Москва белокаменная строилась из блоков известняка, который добывали здесь же, в Подмосковье. Особенно были знамениты Мячковские каменоломни, Мячковские карьеры. В принципе, остатки этих каменоломен и ныне существуют, но сейчас там не добывают камень для строительства. В средневековой Москве камень для строительства добывался именно в Мячкове: известняковые блоки вырубали и везли в Москву, отсюда и выражение «Москва белокаменная».

Те, кто увлекается краеведением, знают, что в музее-заповеднике «Коломенское» практически все фундаменты церквей сложены именно из этого подмосковного белого известняка. При внимательном рассмотрении видно, что в этом известняке сохранились ископаемые остатки самых разных животных, которые обитали на дне моря каменноугольного периода.

— Даже сейчас их можно увидеть?

— Запросто! Можете хоть сегодня поехать в музей-заповедник «Коломенское», взять с собой увеличительное стекло, подойти к фундаменту любой церкви в Дьякове, и вы увидите там массу ископаемых животных, например фузулинид. Это простейшие одноклеточные организмы. Их раковины достигали 5-6 мм в длину, а для простейших это гигантские размеры.

Многие подмосковные известняки, в том числе и те, которые использовались при строительстве Белокаменной, состоят из раковин фузулинид. Известно, что фузулиниды обладали большой породообразующей ролью. Кроме того, в фундаментах коломенских церквей вы можете увидеть остатки кораллов, а также иглокожих: иглы морских ежей и фрагменты стеблей морских лилий. Их довольно просто найти. Церкви Московского Кремля тоже построены из известняков и изобилуют остатками различных морских организмов.

— Правда ли, что каменноугольные отложения — самые древние из тех, что выходят на поверхность в Московской области?

— Да. Из тех, что обнажены в коренном залегании, — это самые древние отложения, которые мы можем наблюдать в Московской области. Но в целом в Москве и области можно найти и более древние горные породы, особенно среди тех, что были принесены ледником в четвертичном периоде в течение последних 2 млн лет. В валунных моренных отложениях местами попадаются и протерозойские граниты (протерозой закончился 541 млн лет назад), гнейсы и метаморфические сланцы. Но они находятся не в коренном залегании (в отличие от осадков карбона), а принесены ледником.

— Наверняка за годы работы вы собрали солидную коллекцию палеонтологических находок. Расскажите о самых любимых экземплярах из коллекции.

— Поскольку я занимаюсь палеоботаникой, мне, конечно, близко все, что так или иначе связано с растениями. Одна из моих самых существенных находок за последние годы — это лист птеридосперма возрастом около 320 млн лет. Птеридосперм — это так называемый семенной папоротник, а вернее — голосеменное растение с листьями, похожими на листья папоротников, которое относится к виду Mixoneura obliqua. Сначала я не придал находке большого значения, отложил ее в коробочку. Но потом, когда начал отрисовывать жилкование, внимательно разглядывать этот фрагмент листа, выяснилось, что на поверхности листовой пластинки есть рубцы от прикреплявшихся к этой вайе семян! Поскольку птеридоспермы — голосеменные растения, то и размножались они не спорами, а семенами. Но найти вайю с семенами — это очень большая редкость и удача для палеоботаника! В данном случае мне удалось найти не лист с семенами, а лист, который позволяет составить представление о том. каким именно образом семена прикреплялись к вайе. Это феноменальная и редкая находка, которой я горжусь.

— Вы автор новых таксонов ископаемых растений. Какие-то из них связаны с карбоном?

— Одна самых интересных находок, которые удалось сделать в карбоне Подмосковья, — древнейший офиоглоссовый папоротник из отложений среднего карбона, а именно из башкирского яруса. На основании этой находки были описаны новый вид и новый род под названием Palaeobotrychium carbonicus Naugolnykh. Совершенно неожиданная и удивительная находка, потому что до этого офиоглоссовые встречались лишь в кайнозое (кайнозойская эра началась 66 млн лет назад и продолжается до сих пор). Даже в мезозое, 250 млн лет назад, насколько я знаю, не было достоверных находок офиоглоссовых папоротников. А тут мы шагнули в глубокий палеозой, в карбон, и увидели такое! Это древнейший офиоглоссовый папоротник, который известен к настоящему времени. Его описание было опубликовано в 2016 г. в международном ботаническом журнале Wulfenia.

Еще одна интересная находка, которую мы описали вместе с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова, происходит из карьера Заборье, расположенного недалеко от Серпухова. Нам удалось обнаружить стробил, или, проще говоря, шишку плауновидного совершенно нового морфологического типа. Возраст находки — ранний карбон, около 325 млн лет назад. Мы с коллегами отнесли его к новым виду и роду Moscvostrobus mirabile Naugolnykh et Orlova. Название, как вы видите, дано в честь нашей любимой столицы. Статья была опубликована в международном журнале Palaeobotanist в 2006 г. Реконструкция нашей находки красовалась на обложке юбилейного, 55-го номера журнала.

— В Москве и области есть так называемые стратотипы — эталонные геологические разрезы, признанные во всем мире, по которым измеряется геологическое время. А много ли их у нас, если мы говорим о каменноугольном периоде?

— Да, каменноугольных стратотипов в Москве и Подмосковье довольно много. Во-первых, московский ярус — верхний ярус среднего отдела каменноугольной системы. Москва и Подмосковье — это стратотипический регион для московского яруса. Есть также серпуховский ярус — верхний (третий) ярус нижнего карбона. Его стратотип находится у города Серпухова, в карьере Заборье. В Московской области недалеко от станции Гжель был установлен гжельский ярус — верхний ярус верхнего отдела карбона. Есть еще касимовский ярус, установленный в нынешней Рязанской области, его исторический стратотип находится на правом берегу Оки. Касимовский ярус — нижний (первый) ярус верхнего карбона.

— Не секрет, что многие карьеры, столь ценные для геологии, палеонтологии и не только, превращаются в стихийные свалки. Этот процесс как-то можно остановить?

— Такая негативная тенденция существует. Многие карьеры действительно превращаются в свалки, и далеко не всегда стихийные. Одна из тяжелых утрат для нас — это рекультивация Подольского карьера. С одной стороны, может, и хорошо, что там хотят сделать парк, но, с другой стороны, Подольский карьер был стратотипом подольского горизонта московского яруса — это геолого-палеонтологический памятник, который нужно было охранять. Кроме того, это был очень красивый в ландшафтном отношении уголок Подмосковья. Я сам любил туда ездить в детстве, а затем возил туда школьников и студентов на экскурсии. Это было удивительное место, на берегу Пахры, очень живописное, при этом оно обладало еще и большой геологической значимостью. Там, как я уже сказал, были обнажения подольского горизонта московского яруса и огромное количество ископаемых остатков самых разных беспозвоночных, например морских лилий. Попадались даже остатки рыб! И вместо того чтобы этот уникальный карьер как-то сохранить, облагородить, адаптировать для рекреационных и исследовательских целей, его просто засыпали. Я считаю, что это большая ошибка, нельзя было так поступать.

Но есть и позитивные примеры — например, гжельский разрез. Там все в порядке, за ним следят, есть специальные охранные знаки и т.д. В принципе, сохранение карьеров — это решаемая задача. Но вопрос в том, кто должен этим заниматься. Наверное, Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы или правительство Московской области. Для начала нужно разобраться, кто должен взять на себя эту функцию.

Геолого-палеонтологические памятники Москвы и Подмосковья, многие из которых действительно уникальны, заслуживают очень внимательного и бережного отношения к себе.

— Какие события в каменноугольном периоде были самыми важными с геологической точки зрения?

— Для начала давайте обратимся к этимологии названия «каменноугольный период». Что мы видим из названия? Ясно, что это период, в течение которого на Земле образовались огромные месторождения каменного угля (конечно, изначально торфа, а затем каменного угля). Правда, нужно помнить, что торф накапливался в течение карбона не везде.

Дело в том, что каменноугольный период был временем отчетливой палеофлористической дифференциации и климатической зональности. Уголь накапливался в низкоширотных зонах там, где существовала тропическая растительность. А ближе к полюсам был совсем другой климат и процессы торфообразования там практически не происходили.

Кроме этого нужно помнить, что в конце каменноугольного периода закончилось формирование суперконтинента Пангея, вследствие чего стал меняться климат, началась теократическая эпоха, климат стал более засушливым. Леса и болота карбона начали постепенно исчезать. Усилились процессы аридизации климата.

— И это отчетливо видно в последующий пермский период, где на суше уже доминировали пустыни?

— Верно. Позднее, на границе перми и триаса, эти процессы достигли своего апогея, спровоцировав в числе прочих факторов глобальную экологическую трагедию, которую мы называем великим пермотриасовым вымиранием, — самое массовое из всех пяти глобальных вымираний в истории Земли.

— В свете последующих событий — пермского вымирания, а затем и мел-палеогенового, когда исчезли динозавры, — карбон представляется неким периодом затишья и передышки от глобальных катастроф?

— Да, это был относительно спокойный период, в течение которого, тем не менее, были и свои тектонически значимые события.

Не забывайте, что именно в это время формировалась герцинская складчатость, происходило воздымание Урала, Аппалачей. Я уже упоминал, что именно в каменноугольный период происходили главные процессы, связанные с окончательным формированием суперконтинента Пангея, что, естественно, отразилось на климате, на обновлении биоты. Причем обновилась биота и морская, и наземная.

— Насколько хорошо изучен московский и подмосковный карбон?

— Он изучен достаточно хорошо, но не нужно думать, что за 200 лет исследований каменноугольных отложений в Подмосковье нам все уже известно. Это не так. Каждый год исследований и даже каждая новая геологическая экскурсия на карбон Подмосковья приносят что-то новое. Поэтому, если кто-то интересуется каменноугольным периодом в истории нашей Земли, вы можете быть уверены, что нам есть еще над чем работать и чем обогатить науку. Подмосковный карбон заслуживает самого внимательного и пристального дальнейшего изучения.

Литература по теме:

● Кирилишина Е.М., Наугольных С.В. К вопросу переатрибуции исторического экспоната Музея Землеведения МГУ: геликоприонид Campyloprion ivanovi (Karpinsky) // Материалы ежегодной Всероссийской научной конференции с международным участием «Наука в вузовском музее». 23–25 ноября 2021 г. Москва: Макс-Пресс. С. 114–116.

● Наугольных С.В. Палеонтология Москвы и Подмосковья. Москва: Наука. 2017. 160 с.

● Шаповалов К. Как правильно выбить зуб // Палеомир, 2008. № 1 (4). С. 76-85.

● Naugolnykh S.V. Palaeobotrychium gen. nov., the first discovery of an ophioglossalean fern in the Carboniferous deposits of Russia // Wulfenia, Mitteilungen des Karntner Botanikzentrums Klagenfurt. 2016. Vol. 23. P. 147–161.

● Naugolnykh S.V. Kizelopteris, a new genus of climbing pteridosperms from the Lower Carboniferous of the Urals, Russia // Wulfenia, Mitteilungen des Karntner Botanikzentrums Klagenfurt. 2017. Vol. 24.  P.  241–257.

● Naugolnykh S.V. Peat-accumulation and Early Carboniferous environments of the Kizel Coal Basin, Urals, Russia // Acta Geologica Sinica. 2021.

● Naugolnykh S.V., Kokina O.A. New data on morphology of the Early Carboniferous lagenostomalean pteridosperm Serpentocarpus serpentae Naug. from the Visean of the Urals, Russia // Golovkinsky Meeting Proceedings. Filodiritto Editore. 2020. P. 127–132.

● Naugolnykh S.V., Kokina O.A. A fertile branch of Lepidodendron obovatum Sternberg from the Lower Carboniferous (Visean) deposits of the Kaluga region, Russia // Kazan Golovkinsky Stratigraphic Meeting 2021, celebrating the 180th anniversary of the establishment of the Permian system. Sedimentary Earth Systems: Stratigraphy, Paleoclimate, Geochronology, Petroleum Resources. Sixth All-Russian Conference “Upper Paleozoic of Russia”. October 18–22, 2021, Kazan, Russia. Kazan. 2021. P. 40–41.

● Naugolnykh S.V., Orlova O.A. Moscvostrobus – a new genus of Carboniferous lycopods from the Moscow region (Russia) // The Palaeobotanist. 2006. Vol. 55. P. 1-14.

Все иллюстрации в материале принадлежат С.В. Наугольных.