По холодным следам

Пыль на страницах каменной книги

В двадцатых годах нашего века исследователи болот стали обращать внимание на споры и пыльцу растений, заключенных в торфяниках. Болотоведам для различных целей важно знать состав растительности, остатки которой слагают торф. Однако не все остатки сохраняются за долгие века и тысячелетия.

Высшие растения размножаются при помощи пыльцы и спор. Эти мельчайшие половые клетки рассеиваются растениями ежегодно в неисчислимых количествах. Они витают в воздухе неделями, путешествуют из страны в страну, а подчас и с континента на континент. Они плавают в речных, озерных и морских водах, попадают в легкие животных, в пищу, в почву.

Обычно пыльца и споры имеют очень прочные, устойчивые оболочки. Они противостоят химическим воздействиям, почти не разрушаются в воде и на воздухе и способны очень долго сохраняться в горных породах. Споры и пыльца растений разных видов достаточно характерны. По ним можно определить вид растения.

Метод определения растений по спорам и пыльце назвали спорово-пыльцевым анализом. В конце сороковых годов была основана новая наука — палинология («палино» — «разбрасывать, распылять», «пале» — «тонкая мука», «логос» — «учение»).

Оказалось, что споры и пыльца растений могут быть использованы для разных целей. Они помогают в расследовании преступлений, в производстве лекарственных препаратов, в определении сортов меда. Они интересуют и медиков, так как пыльца может быть причиной некоторых заболеваний (например, эпидемий сенной лихорадки), и металлургов, так как при тонком фасонном литье модели осыпают спорами плавуна. Когда потребность в этих спорах сильно возросла, пришлось проводить специальные научные изыскания, чтобы найти им подходящую замену.

И все-таки наиболее ценные результаты, пожалуй, получены палинологией в четвертичной геологии.

Как определить, образовались глинистые и песчаные слои в студеных ледниковых озерах и реках или в теплых межледниковых водоемах? Чем отличаются отложения разных межледниковых эпох?

На эти очень важные вопросы дает ответ спорово-пыльцевой анализ. Ответ не всегда точный, но это все-таки несравненно больше, чем полное отсутствие ответа.

Предположим, в береговом обрыве обнажены межледниковые отложения. Из каждого слоя отбирают образцы и отправляют в лабораторию. Здесь их растирают в порошок, обрабатывают химическими реактивами и с помощью центрифуг отделяют пыльцу и споры от прочих частиц и растительных остатков.

В результате от полукилограммового образца остается крохотная щепотка пыльцы, спор и не отделенных от них клеток водорослей и растительной ткани.

У палинологов имеется множество таблиц, по которым они сличают увиденные под микроскопом частички. Это напоминает определение минералов. Только здесь главное не цвет, а форма зерен. Пыльца и споры напоминают микроскопические округлые кристаллики. Иногда у них есть воздушные мешочки, иногда они подобны пропеллеру. Если еще учесть, что размеры пылинок — сотые и тысячные доли миллиметра, то не удивительны их длительные, едва ли не кругосветные путешествия.

Правда, пыльца некоторых растений (лиственницы, например) не очень устойчива и плохо сохраняется в ископаемом состоянии. Это, конечно, снижает возможности анализа. Способность пыльцы к большим перелетам усложняет реконструкцию природной остановки: пыльца, встреченная в образце, могла принадлежать растениям, находящимся в десятках и сотнях километров от этих мест.

Отдельные пылинки могут попасть в образец случайно. К тому же важно знать не только какие растения жили здесь в то время, когда осаждался слой, но и выделить среди них главенствующие и редкие. Для этого подсчитывают количество в образце спор и пыльцы каждого вида растений.

Если, к примеру, в образце содержится пятьдесят процентов пыльцы ели и тридцать — пыльцы луговых растений, в этих местах росли когда-то еловые леса среди лугов.

Конечно, сложностей и неопределенности в спорово-пыльцевом методе много. Однако для выяснения природы межледниковий он дает незаменимые материалы. Крупные растительные остатки, кости животных и каменные орудия человека встречаются сравнительно редко. А пыльца и споры присутствуют почти во всех слоях. Лишь в ледниковых отложениях да в хорошо перемытых речных песках их мало.

Спорово-пыльцевой анализ получил особенно широкое распространение в нашей стране. Одним из первых было исследовано на споры и пыльцу знаменитое лихвинское обнажение. Палинологический анализ подтвердил, что климат во время лихвинского межледниковья был несколько теплее современного. В районе Калуги тогда, судя по ископаемой пыльце, росли широколиственные леса, с обилием граба. Было немало и хвойных деревьев: ели, пихты. Жили здесь вечнозеленый тис, грецкий орех, кувшинки Эвриала и бразения и некоторые другие растения, сохранившиеся с более древнего, третичного времени. Такие необычайные для современных ландшафтов растения в составе флоры получили название экзотов.

Палинологический анализ позволяет определить относительный возраст слоев горных пород. Чем больше пыльцы экзотов, тем обычно древнее слой. Чем больше пыльцы современных растений, тем слой моложе.

Еще существеннее другой признак: последовательность появления видов растений в пачке слоев.

В лихвинском разрезе сразу же ниже морены (в которой содержится ничтожное количество спор и пыльцы) залегает суглинок с обилием пыльцы ели: следы еловых лесов.

Во втором слое появляется пыльца сосны и широколиственных пород — дуба, черной ольхи, ясеня, а также пыльца экзотов — папоротника Осмунда, живущего теперь лишь в Юго-Восточной Азии. Очевидно, во времена накопления этого слоя местный климат был мягче современного.

В третьем слое преобладает пыльца ели и дуба, а также граба и дальневосточной кувшинки бразении. Это свидетельствует о теплом и влажном климате.

На геологическом разрезе, внизу: межледниковые лихвинские глины (горизонтальная штриховка), лежащие между слоями ледниковых песков, под мореной. Выше — пыльцевые диаграммы лихвинского разреза (слева направо): содержание пихты, сосны, ели, дуба, граба и березы. Фазы изменения растительности (снизу вверх, от настоящего к прошлому): еловые леса (V), сосново-еловые (IV), елово-широколиственные (III), дубово-грабовые (II), смешанные дубово-грабовые и елово-пихтовые (I). Вверху слева — пыльца некоторых растений, характерных для межледниковых эпох, справа — для ледниковых.

В следующем, четвертом слое содержание в образцах пыльцы граба достигает сорока — шестидесяти процентов, а дуба — снижается до двадцати процентов. Обнаружена здесь и пыльца некоторых теплолюбивых водных растений, сохранившихся теперь лишь на юге Азии или Европы. Известно, что граб любит климат влажный (шестьсот — семьсот миллиметров осадков в год) и теплый, со среднегодовой температурой не ниже +6°. Следовательно, остатки граба могут служить неплохим «геологическим термометром».

Следующий слой беден пыльцой граба и дуба. Главенствует пихта. На смену широколиственным приходят хвойно-широколиственные леса.

И наконец, в нижнем, шестом слое преобладает пыльца ели (до семидесяти восьми процентов), сосны, березы. Редки — ольха, ива.

Так менялась растительность в лихвинское межледниковье: еловые леса постепенно обогащались широколиственными породами, становились из елово-сосновых — елово-дубовыми. Затем пришел черед широколиственным грабово-дубовым лесам. Позже в них вновь стали появляться хвойные (пихта, ель). И завершается все, как и началось, еловыми лесами…

Обычно результаты спорово-пыльцевых анализов представляются в виде диаграмм. По вертикали наносится геологический разрез. Цифры о содержании откладываются напротив каждого исследованного образца. В целом по разрезу видно, что растения как бы накатывались и отступали, подобно волнам.

Порядок чередования господствующих растений обнаруживает ясную закономерность: холодолюбивые леса сменяются теплолюбивыми и возвращаются вновь. Значит, сначала было холодно (нижний слой), затем тепло. Позже вновь наступили холода, и, наконец, надвинулся ледник (отложилась морена). Для межледниковья — вполне правдоподобная картина.

А в Рославле, южнее Смоленска, и в некоторых других местах обнаружены между двумя моренами межледниковые отложения, где пыльца широколиственных теплолюбивых растений встречается в большом количестве дважды. Образует как бы две волны.

Судя по пыльцевым диаграммам, история растительности в это время была такова. Сначала (нижние слои), после таяния ледника, росли здесь еловые леса, сменившиеся сосновыми борами и чуть позже березовыми рощами. Началось потепление. В лесах стали преобладать дубы и вязы, хотя сохранилось немало ели. Но вновь, по-видимому, похолодало: широко распространилась береза, затем ель и снова береза. Пока, наконец, не вернулось тепло (пыльца дуба, вяза, липы, лещины).

В лихвинское межледниковье было как будто одно потепление. Росло немало третичных видов и в значительном количестве пихта. А в рославльских отложениях — сразу две волны потепления, разделенные прохладным интервалом. И мало экзотов, нет пихты.

Судя по всему, это две разных межледниковых эпохи: лихвинская — древняя, рославльская — более поздняя.

На берегу реки Мги, недалеко от Ленинграда, между двумя моренами залегают отложения рек, озер и морей (песок, глина), в которых пыльцевые спектры отличаются от лихвинских и рославльских.

Над нижней мореной лежит слой, где чередуются тонкие прослои глин и песков. Такие слои называются «ленточными глинами».

Каждый слой песка или глины подобен годовому кольцу дерева. Как мы уже знаем, подобные годовые слои можно использовать в качестве «геологических часов». Одновременно они могут служить неплохими индикаторами климатов прошлого.

В ленточных глинах и песках мгинского разреза обнаружены пыльца и споры тундровых мхов и кустарничков с преобладанием карликовой полярной березы. Последующее потепление оттеснило тундру на север, уничтожило вечную мерзлоту. Появились березовые и сосновые перелески, постепенно превратившиеся в сплошные леса.

Потепление продолжалось, открывая путь пришельцам с юга — широколиственным деревьям: дубам и вязам. В лесах некоторое время росло очень много орешника.

Позже дубово-вязовые леса стали замещаться елово-грабовыми. А на смену им пришла таежная растительность: сначала сосново-еловые леса с примесью широколиственных деревьев, а затем сосново-березовые леса. Вновь началось похолодание. И наконец, слой морены — свидетельство вторжения ледника.

Чередование волн растительности этого межледниковья достаточно своеобразно. Надо еще учесть, что под Ленинградом верхняя морена, оставленная последним ледником, имеет возраст десять — двадцать тысячелетий (подсчеты велись, в частности, по ленточным глинам). Далеко на юг она не заходит. Она явно моложе рославльской верхней морены. Значит, мгинское межледниковье моложе рославльского.

Спорово-пыльцевой анализ позволяет выделить на Русской равнине отложения по крайней мере трех межледниковых эпох, которые разделяют четыре ледниковые эпохи. Возможно, имеется и более древнее межледниковье и соответствующая ледниковая эпоха. Об этом геологи спорят до сих пор.