Тайна Котельнича разгадана

Огромное местонахождение, расположенное на правом берегу р. Вятки, у г.Котельнич Кировской обл., знаменито скоплением окаменелых остатков позднепермских животных, среди которых особенно много парейазавров. Со времени первых находок этих ящеров в Котельниче прошло более 60 лет, но по поводу того, как могло образоваться столь грандиозное захоронение, до сих пор ведутся споры [1]. Нет ясности и в том, какие ландшафты были характерны для Русской платформы (часть которой составлял бассейн Вятки) во время существования животных, чьи кости и скелеты найдены в Котельниче. Сейчас, когда изучены растительные остатки из этого же местонахождения, и ландшафты, и условия, приведшие к захоронению множества животных в одном месте, представляются вполне определенными.

Мне неоднократно случалось работать и на самом котельническом разрезе, и с коллекциями в местном музее, где создана довольно представительная экспозиция окаменелых остатков пермских рептилий. Бывал я и на многих других классических разрезах верхнепермских отложений, в частности на тех, которые относятся к татарскому ярусу (как породы, обнажающиеся у г.Котельнич) в Поволжье, Прикамье и на севере Русской платформы. Полученные во время этих экспедиций результаты позволяют по-новому взглянуть на происхождение котельнического местонахождения пермской биоты.

Напомню кратко, как выглядят обнажения у Котельнича. Несмотря на кажущуюся стороннему наблюдателю однородность пород, их состав довольно разнообразен. Большая часть верхних слоев сложена глинами (местные геологи их обычно называют коротким словом “вап”), которые иногда переходят в более плотные аргиллиты характерного красноватого или малинового оттенка. В нижней части разреза присутствуют светлоокрашенные прослои, обогащенные карбонатным материалом. В средней и верхней частях разреза встречаются многочисленные песчаные линзы, от мелких до огромных, как например Соколья Гора.

Стратиграфические колонки трех основных разрезов в Котельниче. Видно, что палеопочвы с остатками корней высших растений располагаются в нижних горизонтах (отмечены стрелками).

Во время работы на котельническом разрезе я заметил довольно странные образования, попадавшиеся в сероцветных прослоях нижней части обнажения. Местами они подверглись выветриванию, и относительно мягкий более глинистый материал был разрушен ветром и вымыт дождевыми водами. Именно там отчетливо проявлялась упорядоченность, структурированность породы — в ней видны были довольно крупные вертикальные конкреции почти цилиндрической формы. После внимательного осмотра, фотографирования и зарисовок мы с коллегами попытались выкопать одну из конкреций, которая уходила в глубь плотной глины, постепенно уменьшаясь в диаметре и давая боковые ответвления. Когда одна из таких карбонатных трубок была разбита, оказалось, что внутри она заполнена красноватым глинистым материалом, который по цвету отличается от вмещающей эти прослои породы.

Надо сказать, что мне уже приходилось сталкиваться с карбонатными трубками в отложениях татарского яруса на Русской платформе. Мы с М.П.Арефьевым, большим ценителем верхнепермских отложений и профессиональным фотографом, описали калькреты — своеобразные погребенные карбонатные почвы, образующие твердую корку на поверхности [2]. Эти калькреты были обнаружены в отложениях верхнетатарского подъяруса на берегу р.Сухоны в Вологодской обл. В таких почвах нам то и дело попадались вертикальные трубки, заполненные глинистым материалом. После отмывки мы обнаружили, что они имеют боковые ответвления, очень напоминающие придаточные корешки высших растений. Вскоре нам встретились такие же трубки, но с хорошо сохранившейся внутренней структурой. Рассмотрев образец под электронным сканирующим микроскопом, мы выяснили, что это ткани проводящей системы растений — флоэма, пучки первичной ксилемы с хорошо различимыми трахеидами и т.д. Сомнений не оставалось: мы имели дело с остатками корневой системы высших растений.

Одна из карбонатных трубок, обнаруженных в палеопочвах татарского яруса (слева). Рядом — та же трубка, извлеченная из породы. Оказалось, что это корень Radicites aff. sukhonensis, покрытый мощной кальцитовой “рубашкой” с бугристой поверхностью.

Идентифицировать таинственные котельнические конкреции оказалось немного труднее. Но после тщательного изучения самих трубок и их содержимого не осталось никаких сомнений в том, что это тоже остатки корней. Растения же, чьи корни мы нашли в Котельниче в виде трубок, относились либо к тем же видам, что и сухонские, либо к их ближайшим родственникам. Замечу, палеоботаники часто имеют дело с окаменелостями не всего растения, а отдельных его частей, которым и дают научное название. Корни, найденные в татарских отложениях бассейна Сухоны, были определены как Radicites sukhonensis, а остатки из Котельнича за сходство с сухонскими — R. aff. sukhonensis (aff. — сокращенное affinis — родственник; употребляется в том случае, когда точно определить вид не удается).

Как же образовались слои со столь своеобразными корнями, заключенными в мощные карбонатные “рубашки” и сохранившимися в прижизненном положении in situ, т.е. на месте произрастания растений? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить о климате.

В конце пермского периода климат почти по всей Земле был засушливым. Русская платформа принадлежала в то время к семиаридному поясу. Следы былой сухости видны повсюду: это и мощные красноцветы, которые могли образоваться только за счет своеобразного аридного литогенеза, и эоловые отложения, и палеотакыры (покрытые трещинами отложения высохших временных водоемов), и бессточные впадины с периодически пересыхающими озерами (такие водоемы называют плайевыми), которые заполнялись специфическими осадками — равнинным пролювием [3]. Аридность климата подтверждается также многими морфологическими признаками наземных растений, например шипами по краям листьев и длинными трихомами на поверхности эпидермы. Те и другие имеются и у нынешних растений из засушливых зон и помогают выжить в жарком и сухом климате.

Листья растения Acanthopteridium spinimarginalis (слева) и их микроструктура.
По краям листьев видны шипы — признак, характерный для растений засушливых зон.

В этих неблагоприятных условиях древние растения добывали воду так же, как современные представители растительности аридных и семиаридных областей Земли. Одни вегетировали только в периоды сезонных увлажнений, в основном — весной, успевая развить довольно густую приповерхностную сеть тонких корешков, которые эффективно поглощали воду, когда выпадали дожди. Такая жизненная стратегия свойственна современным эфемероидам (растениям с коротким вегетационным периодом), покрывающим пышным ковром пустыни и полупустыни в периоды сезонных дождей. То, что в татарское время существовала отчетливая сезонность, подтверждается и наличием годичных колец в древесинах, обнаруженных в верхнепермских отложениях, в том числе в Котельниче. В породах верхней перми довольно часто попадаются также остатки приповерхностных обильно ветвящихся корней. Встречаются они и в котельническом разрезе, как правило — в более песчанистых прослойках глинистой толщи. “Приверженцами” такой стратегии, очевидно, были татарские птеридофиты — в основном хвощи и папоротники, а также некоторые птеридоспермы, т.е. наиболее примитивные голосеменные растения.

Жизнь других наземных растений татарского времени в меньшей мере зависела от атмосферных осадков. Даже в экстремально засушливые сезоны живительная влага поглощалась из глубин почвы длинными вертикальными корнями (такие растения в научной литературе называют фреатофитами), подобно тому, как добывают воду нынешние обитатели аридных областей, к примеру саксаул, высасывающий грунтовую воду 10—11-метровыми корнями. К этой группе ископаемых растений относятся те, которые имели корни типа R. sukhonensis, довольно часто встречающиеся в татарских отложениях обширной территории Русской платформы — от бассейна Камы и Волги до Архангельской обл. Корни, найденные в известковистых прослоях нижней части толщи верхнепермских пород в Котельниче, принадлежат тому же типу.

Кальцитовые корочки вокруг корней R. sukhonensis и даже мощные прослои карбонатов в корненосных слоях могли образоваться в аридных условиях того времени. При интенсивном испарении влаги из почвы содержащиеся в ней соли кальция обычно оседают на частицах грунта и облекают сначала тонкими, а потом все более и более мощными корками все, что находится в приповерхностном слое, включая и корни. Так постепенно они “одевались” карбонатной рубашкой и в позднепермское время.

Обратимся теперь к предмету научных споров о Котельниче — проблеме образования этого местонахождения. В нижних частях его глинистой толщи имеются прослои калькретов и сероцветов. Последние представляют собой погребенные палеопочвы, а между ними залегают прибрежные и мелководные отложения. К ним, кстати, приурочены остатки парейазавров (Deltavjatia) и других рептилий из Котельнича. Видимо, ящеры паслись в зарослях растений с корнями типа R. aff. sukhonensis и время от времени попадали в топкие участки с глинистой жижей, покрытой подсохшей от постоянной жары корочкой. Именно там парейазавры увязали и погибали, эти топкие места стали их могилой. Такой вывод подтверждается тем, что многие из них оказались захороненными в прижизненном положении: с подогнутыми ногами, лежащими на боку с запрокинутой головой и т.д. К трупам парейазавров подбирались мелкие хищники и падальщики, которые тоже нередко попадали в ловушки из вязкой глинистой грязи и которых обнаруживают в Котельниче. По мере увлажнения климата береговая линия приближалась к уже начавшему формироваться естественному могильнику. Прибрежные растения с мощными вертикальными корнями исчезли, им на смену пришла растительность из эфемероидов с многократно ветвящимися горизонтальными корешками. Скорее всего это были птеридофиты и пурсонгии (пельтаспермовые голосеменные). Листья пурсонгий и споровых растений (в основном хвощей) найдены в Котельниче, а также в других разрезах примерно того же стратиграфического уровня — в глинистых сероцветных линзочках из тонкослоистых озерных или прибрежных отложений [4].

Обобщенный разрез верхнепермских (татарских) отложений у г.Котельнич. Горизонты, в которых найдены остатки животных и растений, отмечены цифрами; стрелками указаны слои, содержащие окаменелости земноводных (двинозавра), рептилий (дельтавятии, суминии, дицинодонта, хищного терапсида) и высших растений (корни Radicites aff. sukhonensis и остатки листьев пурсонгии).

Песчаные линзы в верхней части котельнического разреза сформированы скорее всего отложениями двух видов — речными и эоловыми. Первые возникли за счет выноса песка из рек, впадавших в мелководные, но обширные озера, а вторые — благодаря образованию дюн (по сути это и есть ископаемые дюны).

Итак, если учитывать строение котельнического разреза, характер сохранности животных, распределение палеопочв и корневых остатков ископаемых растений, можно понять, что представляли собой местные ландшафты позднепермского времени. Это были бессточные котловины с мелководными, периодически пересыхающими озерами, берега которых покрывали хвощи, папоротники и птеридоспермы. Такие ландшафты были характерны почти для всей Русской платформы, включая нынешний бассейн Вятки, и даже для Приуралья. Подтверждением этого служит широкое распространение комплекса отложений с характерными карбонатными прослоями, в которых заключены корни R. sukhonensis и близких типов, а также глинистых толщ с тонкими корешками эфемероидов.

Реконструкция растительных сообществ Русской платформы в позднетатарское время. Мелководную зону (1) с характерными для нее отложениями, иногда сохраняющими знаки ряби, занимали, видимо, водоросли. От них не осталось почти никаких следов, а редко встречающиеся здесь тонкие корешки (а) попали сюда из размытых почв более дальних мест. В следующей, периодически пересыхающей, зоне (2) произрастали эфемероиды с приповерхностными разветвленными корнями разных морфологических типов (б, в, г). Остатки таких корней обнаружены и в палеотакырах — древних почвах, поверхность которых покрыта трещинами усыхания. Вдали от берега, куда не доходила вода даже в периоды ее максимального уровня, развивалось сообщество фреатофитов — растений, которые поглощали глубоко залегающую грунтовую воду мощными длинными корнями (д). Их остатки встречаются в виде кальцитовых трубок в породах с карбонатными панцирями. Такие же окаменелые части корней в соответствующих слоях найдены в котельническом разрезе.

Однако существует и иной взгляд на возможную реконструкцию ландшафтных особенностей Русской платформы в татарском веке. М.Г.Миних, например, приводил доводы в пользу существования там очень крупного морского бассейна [5]. Основным доказательством своего мнения он считал присутствие остатков крупных акул в отложениях татарского яруса. Но хорошо известно, что многие из ископаемых акул (например, род Pleuracanthus и представители других родов, во множестве находимые в пермских отложениях Западной и Центральной Европы), как и некоторые современные акулы, весьма хорошо приспособлены к жизни в относительно небольших пресноводных и солоновато-водных водоемах. По всей видимости, в таких же условиях могли жить и татарские акуловые (эласмобранхии).

Здесь уже шла речь о палеопочвах, корнях и других остатках высших растений. Теперь можно попытаться сделать набросок древней растительности. При ее реконструкции используют понятие “катена” (введенное в палеоботанику В.А.Красиловым), т.е. последовательность растительных группировок, или ассоциаций, сменяющих друг друга по мере удаления от бассейна или водотока в зависимости от изменения высотности.

Позднетатарская катена Русской платформы и Приуралья состояла из двух основных сообществ [2]. Первое из них, прибрежное, представлено членистостебельными, или хвощеобразными. Их остатки формально относят к нескольким родам (Paracalamites, Phyllotheca, Paracalamitina), но скорее всего это разные части одного и того же растения [6]. Судя по довольно крупным фрагментам побегов, около 2—3 см толщиной, попадающихся в сероцветных линзах у Котельнича, они могли достигать высоты в полтора—два метра. Эти родственники современных хвощей были похожи на них и экологически — образовывали монодоминантные заросли по берегам временных и постоянных водотоков и водоемов.

Кроме членистостебельных в той же ассоциации в оазисах по берегам озер и рек произрастали редкие папоротники и пельтаспермовые птеридоспермы с длинными ланцетовидными листьями и женскими семеносными органами в виде дисков.

Растительное сообщество, в котором доминировали членистостебельные и пельтаспермовые, составляло первое звено катены и, по всей видимости, служило основным прибежищем и кормовой базой для наземных позвоночных татарского века.

Во втором звене татарской катены преобладали фреатофиты — растения с длинными корнями. Это были голосеменные, скорее всего — хвойные. Из них в Котельниче встречались, видимо, представители только одного рода хвойных — Geinitzia — древесных растений с узкими игольчатыми листьями. Вероятно, ископаемые древесины, попадающиеся и в Котельниче, и в других местонахождениях татарской биоты, принадлежат именно этим хвойным.

Очень редко в Котельниче встречаются листья еще одного интересного пермского растения — Rhipidopsis. Его дланевидно рассеченная листовая пластинка немного напоминает листья современного каштана. В моей коллекции есть только один отпечаток такого листа, переданный мне для изучения палеонтологами из Котельнического музея. Возможно, рипидопсисы произрастали между зонами распространения эфемероидов и фреатофитов и были очень немногочисленными.

Остатки корней высших растений из татарских отложений Русской платформы. Тонкие горизонтально ветвящиеся корни (левый ряд), возможно, принадлежали эфемероидам, а вертикальные корни типа Radicites sukhonensis, обнаруженные в палеопочвах с карбонатными панцирями, — фреатофитам. Размер дан в натуральную величину.

Побеги и листья наиболее типичных позднепермских растений из татарских отложений Русской платформы. На побеге хвойного растения гейниции (1) видны листья-иголки, а на побеге артизии (2) — поперечная сегментация; листья пельтаспермового голосеменного растения пурсонгии (3) и акантоптеридиума (4) сохранились в виде отпечатков.

Судя по всему, сухость климата на границе перми и триаса достигла апогея. Реки и озера периодически пересыхали, но все же были источником жизни и для растений, и для животных. Развивались карбонатные панцири, среди которых то тут, то там торчали толстые и приземистые стволы хвойных — гейниций. И только в периоды сезонных дождей уровень воды в реках и озерах поднимался, пустынный ландшафт на короткое время оживал: низины по берегам эфемерных водоемов покрывались пышным ковром птеридофитов, в основном хвощей и папоротников. Начинался сезон размножения и у растений, и у животных.

Позднетатарский ландшафт Русской платформы четверть миллиарда лет назад. Берег покрыт эфемероидами и другими сезонно вегетирующими растениями. На переднем плане — пурсонгия, на побеге которой видны пережимы, возникающие из-за сезонных перерывов роста.

Представленная здесь картина далеко не полна, чтобы целиком реконструировать позднепермские ландшафты и биоту. Надеюсь, их изучение на этом не остановится, а исследованию палеопочв будет уделено особенно пристальное внимание. Крайне необходимо разработать систематику и таксономию ископаемых корней — ведь именно они помогли разгадать тайну Котельнича.

Литература

1. Очев В.Г. Таинственный Котельнич // Природа. 1995. №2. С.53—59.

2. Арефьев М.П., Наугольных С.В. // Палеонтол. журн. 1998. №1. С.86—99.

3. Твердохлебов В.П., Твердохлебова Г.Н., Гоманьков А.В. Ландшафтные особенности Южного Предуралья в позднетатарское время // Палеофлористика и стратиграфия фанерозоя. М., 1989. С.175—177. Препринт Геол. ин-та РАН.

4. Гоманьков А.В. // Стратиграфия. Геол. корреляция. 1997. Т.5. №4. С.3—12.

5. Миних М.Г. О генезисе татарских красноцветов Русской платформы // Палеофлористика и стратиграфия фанерозоя. М., 1989. С.139—141. Препринт Геол. ин-та РАН.

6. Наугольных С.В. Сравнительный анализ пермских флористических комплексов стратотипического региона (Среднее Приуралье) и кожимского разреза (Печорский бассейн) // Урал: фундамент. пробл. геодинамики и стратиграфии. М., 1998. С.154—182.