Наследие мелового периода

Что объединяет белую ленту Европы, скалы Дувра, Святогорье, Дивногорье, утес Степана Разина, белила и писчий мел. Чем знаменит великий геолог и эколог Жорж Кювье, а также об образовательно-воспитательной роли мелового периода.

Сосны разошлись,  и Маргарита тихо   

подъехала по воздуху к меловому обрыву

М. Булгаков. " Мастер и Маргарита"

Все корабли, пересекающие Ламанш и Па-де-Кале, встречают и провожают великолепные меловые  скалы Дувра, белизна которых дала имя туманному Альбиону.  Аналогичны происхождение и возраст  Приморских Альп во Франции, обрамляющих с севера Знаменитую Ривьеру - полосу курортного побережья Средиземного моря.

Меловые скалы Дувра

 Ослепительно  белая лента писчего мела тянется через Европу почти на 4 тысячи километров, от Дувра и Брайтона, через Францию и Польшу, захватывает юг Прибалтики, минует Белоруссию, Украину, Центрально- Черноземную область, Поволжье и доходит до берегов Эмбы. В Западной Европе промышленные залежи писчего мела есть в Великобритании, Франции,  Дании и немецком острове Рюген, где разрабатывается одно из крупнейших месторождений. Месторождения мела также имеются в южной Литве, на западе Белоруссии и востоке Украины. В России мел добывают в Белгородской, Смоленской и Калужской  областях, в Мордовии.  США не располагает своим писчим мелом высокого качества и импортирует его из Европы.

В 1593г. по повелению царя Федора Иоанновича на берегу Северского Донца рядом с меловыми горами заложили город - Белгород. Потом геологи выяснили, что между Белгородом и Харьковом   мощность мелового пояса самая большая в мире и достигает  700м.

Святогорский  заповедник

В Изюмском уезде Харьковской губернии, на правом берегу Северского Донца, поросшие сосновыми и дубовыми лесами  живописные меловые Святые горы известны с  ХVвека, как обитель пустынножителей, где  возник  Святогорский Успенский монастырь с наземными и пещерными постройками. Среди зеленого крутогорья над Донцом, словно огромные сахарные головы, возвышаются  меловые скалы-останцы, на которых построена церковь святого Николая.  Святогорский пещерный монастырь имеет церкви, кельи, трапезную, лабиринты подземных ходов  тянутся на 800 м, образуя два яруса сооружений в меловых  скалах.

 Во второй половине ХIХ века обители принадлежали  кирпичный и известковый  заводы, две мельницы, слесарная, бондарная, колесная, малярная, портняжная, сапожная мастерские, кузница, свечной завод, постоялый двор в Славянске, земельные и лесные угодья, ферма, больница и школа.

 На святогорских меловых кручах гнездились орлы и росли реликтовые меловые сосны. По весне в лесах расцветали тюльпаны и ландыши, в монастырских и сельских садах покрывались бело-розовым цветом яблони, груши, вишни, сливы, абрикосы. По берегам Донца разрастались кусты скумпии - райского дерева, с пышными розовыми султанами соцветий. В сосновых лесах цвела лесная орхидея, любка двулистная или ночная фиалка. Пряный аромат ее белых цветов особенно чувствовался перед дождем или  ночью.

Сказочное великолепие природы Святогорья являлось паломникам погожими весенними ночами, когда лунный свет серебрил меловые скалы и ленту Донца, а над спящим лесом по  берегам звонко заливался многоголосый соловьиный хор... Как писал В.И.Немирович-Данченко, "если стоит обитель, значит, более поэтического, более красивого места по всей округе нет". Святогорские монахи варили и добывали соль из окрестных соляных озер, с обширной пасеки снимали ежегодно 300 пудов целебного меда, который пчелы собирали с цветов вереска и чабреца.

  Монастырь посещал известный украинский философ и поэт ХVШ века Григорий Сковорода, многие  деятели русской культуры: А.П.Чехов, И.А.Бунин, Ф.И.Тютчев, И.Я.Репин, С.Н.Сергеев-Ценский и др.

Донское Дивногорье

 Дивногорский Успенский монастырь на Дону основали украинские монахи в середине ХVIIвека. В меловых скалах отшельники вырубили три пещерные церкви, колокольню, кельи. В 1695 году по пути к Азову войны Петра I отслужили молебен в пещерной церкви.  Донское Дивногорье - уникальный памятник природы, истории и культуры Воронежского края.

Холков монастырь

На востоке  Курской области высокий меловой обрыв правобережья  р. Оскол занимает эколого-культурный комплекс Холковского Святотроицкого монастыря, основанного в начале XVIIвека. Древнейшие постройки монастыря  напоминают пещерные сооружения Киево-Печерской лавры и включают подземную церковь с меловыми колоннами, кельи, коридоры, общей площадью 250м. Сейчас над подземным храмом восстановлена церковь Донской Богородицы, на самом высоком меловом холме поставлена часовня. На территории древнего Холковского городища и Святотроицкого монастыря ведут  археологические исследования преподаватели и студенты Белгородского  госуниверситета.

Меловые скалы и обрывы встречаются также по берегам Волги, где находится воспетый в легендах геологический памятник природы.

Есть на Волге утес

Диким мохом оброс

От вершины до самого края.

Утес Степана Разина возвышается на правом берегу р. Волги в Камышинском районе у села Водно-Буерачное в 260 км от Волго­града. Вершина утеса, поросшая редким ковылем, поднимается над зеркалом Волгоградского водохранилища на 35-40 м. Верх­няя часть утеса мощностью около 20 м сложена белым писчим мелом - пачкающей осадочной горной породой, морского происхождения.

Химически мел состоит из карбоната кальция и представляет собой разновидность известняка. Уникальную.

Известная поговорка "белый как мел" отмечает характерную особенность или технологический признак этого полезного ископаемого - белый цвет. Поэтому меловую породу издавна использовали как минеральный пигмент или природную красочную землю. Меловой побелкой покрывали колокольни и церкви, ограды монастырей, русские печи, потолки и стены домов. Правда, несмотря на прекрасный белый цвет, высокую чистоту и химическую устойчивость, минералогические свойства мела, точнее минерала кальцита, из которого состоит мел, ограничивают его применение в качестве краски. Дело в том, что кальцит и олифа имеют почти одинаковые коэффициенты преломления света, что создает очень низкую кроющую способность у меловой масляной краски. У воды коэффициент преломления в пять раз меньше, чем у кальцита, поэтому мел получил наибольшее применение как пигмент на водных связующих - в клеевых и водоэмульсионных красках, обладающих высокой стойкостью цвета.

 В XIXвеке меловую краску называли белила тройские или меловые. Мел служил постоянным компонентом различных грунтовок, шпаклевок, оконных или рамных замазок и просто подмазок. Греческим словом "левкас"- белый назывался грунт в русской средневековой живописи, а затем в иконописи. Русские иконы расписывали на деревянных досках, грунтованных мелом, смешанным с животным или рыбным клеем. Нынче всем известная клеенка делается из бумажной ткани, с нанесенным на нее многослойным грунтом. Для верхнего слоя блестящую, твердую, эластичную поверхность создает мел.

В конце XVIII века на меловой основе стали делать пастельные карандаши, причем не только белые, но и цветные, например для желтого карандаша мел смешивали с охрой. В это время русский академик И.И.Георги, в честь которого назван цветок георгина, изобрел красную каменную огнестойкую бумагу для покрытия  крыш. В рецепт входили: бумажная масса, мел, льняное масло и болюс - желто-бурая железистая глина, известная тогда, как "красный мел". Между тем для изготовления писчей и полиграфической бумаги мел не очень годиться, поскольку хуже, чем каолин и тальк, удерживается бумажной массой, поэтому его добавляют в неклееную, газетную и папиросную бумагу.

 С давних пор  мел применяют в косметике и театральном гриме, немного его добавляют в пудры, а сухие румяна на 80 процентов состоят из мела. Гримированное мелом белое лицо - это традиционная маска цирковых "рыжих" и "белых". Известный русский клоун Анатолий Дуров тоже гримировал лицо мелом. Однажды завистники подсыпали в коробку с мелом известки. Ничего не подозревавший артист наложил, как обычно, грим и вышел на арену. Очень скоро едкая известь стала жечь лицо, но, превозмогая боль, артист продолжал смешить публику...

С изобретением резины, кожзаменителей и эбонита у мела появилась новая роль - наполнителя. Он улучшает механические свойства, облегчает технологический процесс и придает изделиям гладкую, декоративную  поверхность. В остальном применение мела не отличается от использования прочих карбонатных пород. Мел нужен при варке стекла, производстве соды и строительной извести, для очистки сахара, приготовления зубной пасты и известкования кислых почв.

Писчий мел дал свое имя геологическому периоду, во второй половине которого, от 100 до 66 млн. лет тому назад, единственный раз в истории планеты возникли все меловые горы. Исключительную привязанность меловых отложений к меловому периоду геологи туманно объясняют особенностями геологических процессов в ту далекую пору. Меловой период начался 130 миллионов лет назад слабой регрессией океана, а закончился через 66 миллионов лет одной из наиболее значительных океанических трансгрессии. С точки зрения современной теории тектоники плит, такой катаклизм вызвали сильно возросшие скорости раздвижения океанического дна. К позднемеловому времени суперматерик Гондвана распался на континентальные блоки - Африку, Индостан и Австралию, разделенные Индийским океаном. Завершилась ломка и другого материка - Лавразии на Северную Америку и Евразию, омываемых с севера водами Полярного бассейна. Эти глобальные процессы повлекли за собой подъем уровня Мирового океана. Причем, поднялся и уровень размыва речными водами континентов, что резко уменьшило поступление с суши в океан обломочного материала. Поэтому в морских донных слоях мелового периода преобладают карбонатные отложения, образованные большей частью  известковыми скелетами вымерших морских организмов.

Динозавры мелового периода

В меловом периоде произошло "великое мезозойское вымирание", когда на 75 процентов сократилось видовое разнообразие всех обитавших на Земле растений и животных. В меловую катастрофу потери разных отрядов классов и экологических групп организмов сильно отличались. Из пресмыкающихся полностью вымерли динозавры и птерозавры - гигантские  летающие ящеры с размахом крыльев в 20 метров, из морских головоногих моллюсков - аммониты и белемниты. Мор поразил костистых рыб, акул, крокодилов, морских ежей, кораллов. Меньше других пострадали животные суши - пресноводные  и наземные. Значительный урон мезозойская катастрофа причинила активно плавающим морским животным - рыбам, пресмыкающимся, головоногим. Наибольшие потери понес планктон - мельчайшие организмы, образовавшие на морском дне те самые меловые горы, которые сейчас находятся на суше.

 Мел сложен карбонатными скорлупками зоопланктона - простейших морских организмов фораминифер и фитопланктона - оболочек золотистых водорослей кокколитофорид. Тело фораминифер - дырконосителей из класса корненожек  состоит из одной клетки на ножке, с ее помощью они ползают, дышат и едят. Раковинки корненожек в виде звезд, шаров, цепочек, дисков хорошо видны в обычный оптический микроскоп, они формируются протоплазмой этих одноклеточных, способных усваивать растворенный в морской воде кальций. Фораминифер в мелу обычно немного - около 5 процентов, но иногда бывает до 40. Попадаются в толще меловых пород раковины морских моллюском - белемнитов и аммонитов, остатки мшанок, морских лилий, ежей, кораллов, трубчатых червей.

Меловые кокколитофориды под микроскопом

 Известковые пластинки кокколитофорид в виде иголочек, стол­биков, звезд значительно меньше - их можно увидеть только под электронным микроскопом. В кусочке мела, объемом с на­персток, насчитывается 1010-1011 кокколитов. Во время первой кругосветной океанографической экспедиции на паровом корвете "Челленджер" в 1873-76 годах в числе многих морских диковин оказались известковые пластинки золотистых водорослей. Ни на что не похожие, они застали ученых врасплох.

 В рейсе принимал участие английский океанограф, иностранный почетный член Петербургской Академии наук Джон Меррей, который сумел определить происхождение загадочных известковых пластинок. При микроскопических размерах в несколько микрон золотистые водоросли обладают огромной биомассой, занимая в океане второе место после кремневых водорослей диатомей.

Мел всегда удивлял геологов однородностью состава и строения, отсутствием слоистости. В меловых толщах Старого Оскола примерно половина кокколитов, а в меловых горах Белгорода лишь на 5 процентов больше. Причину однородности мела прояснил профессор Г.И.Бушинский, погрузив образец горной породы в трансформаторное масло. В промасленном мелу под микроскопом проявились круглые ходы животных илоедов.

В отличие от множества других осадков, меловой ил не погружался в глубокие зоны земной коры и не подвергался нагреву и перекристаллизации - он только уплотнился под тяжестью морской воды. Основную работу по превращению осадка в меловую породу проделали илоеды: они полностью перепахали известковый ил, уничтожили всякие следы слоистости и завершили физическое и химическое разрушение известковых панцирей фораминифер и кокколитов.

Горы писчего мела - это результат химической реакции между бикарбонатом кальция морской воды и углекислотой, которую в громадных количествах поставляли в атмосферу огнедышащие жерла вулканов в период активного горообразования. Грандиозную задачу по связыванию огромных масс углекислоты выполнили известковые планктонные организмы, осаждая на морское дно карбонат кальция в виде писчего мела. Но в конце мелового периода известковый планктон неожиданно погиб. Трагическое событие хорошо зафиксировалось в геологической летописи Земли и видно невооруженным глазом. Границу мелового и следующего за ним палеогенового периода четко фиксирует тонкий слой практически безжизненных, глинистых отложений, свидетельствующих о геологически моментальном падении биологической продуктивности  океана.

С окончанием деятельности известковых планктонных организмов, не используемая для реакции с кальцием углекислота стала накапливаться в атмосфере приблизительно также, как это происходит в наши дни из-за сжигания неимоверного количества топлива - угля, нефти, природного газа. Правда, в те  времена эффект получился сильнее, концентрация углекислоты в атмосфере увеличилась втрое, что привело к повышению температуры воды в поверхностном слое океана на несколько градусов.

Для ликвидации последствий меловой катастрофы природе   потребовалось 350 тыс. лет, и благодаря присущей ей способности к саморегуляции, биосфера в очередной раз преодолела экологический кризис. Постепенно увеличилась биологическая продуктивность океана и, соответственно, уменьшилась концентрация углекислоты в атмосфере. На Земле похолодало.

Меловая катастрофа была не первой и не последней в истории Земли. Самой страшной считается массовая гибель живых организмов 245 миллионов лет назад на границе палеозойской и мезозойской эры, когда исчезло свыше половины всех семейств - втрое больше, чем в меловой период. Подобные катастрофы происходили трижды - в ордовикском, девонском и триасовом периодах, но меловой известен лучше, может быть, потому, что с ним связана судьба динозавров.

Жорж Кювье

Представление  об экологических катастрофах ввел в науку выдающийся французский ученый зоолог и основатель палеонтологии, иностранный почетный член Петербургской Академии наук Жорж Кювье. Ученый определил, что ископаемые остатки живых организмов позволяют установить хронологическую последовательность образования слоев осадочных  горных пород  и относительную древность вымерших животных.  

Это открытие стало фундаментом исторической геологии и стратиграфии, изучающих последовательность геологических напластований земной коры. Изучая ископаемые остатки древних вымерших животных, ученый обнаружил хронологическое развитие органического мира Земли в виде смены форм живых организмов во времени.

Ж.Кювье установил,  что изменение вымерших форм соответствует геологической хронологии: ископаемые остатки из молодых геологических отложений обнаруживают большее сходство с современными животными, чем древние окаменелости. Особенно заметно в истории Земли происходило повышение организации позвоночных животных.

Для объяснения эволюции животного мира Земли Ж. Кювье создал концепцию катастроф или катастрофизма, связав исчезновение одних форм живых организмов и появление других о периодическими геологическими катастрофами. В 1812году к своему обширному фундаментальному труду "Исследование  об ископаемых костях" ученый написал предисловие под названием " Рассуждения о переворотах на поверхности земного шара", где связал развитие животного мира Земли с геологическими катастрофами, которые сопровождают геологическую историю планеты.

Основными катастрофическими явлениями, которые приводили к смене фаун в разновозрастные геологические периоды  Ж.Кювье считал смену морских и континентальных условий, а также климатические  колебания, т.е. изменение экологических показателей среды обитания. Ученый справедливо утверждал, что наступление моря может уничтожить специфическую фауну Австралии ( кенгуру, утконосов, ехидн), а осушение проливов приведет на этот континент слонов, буйволов, верблюдов, тигров из Азии. В подтверждение своих взглядов Ж.Кювье писал о находках останков мамонтов в Сибири, которые погибли в результате внезапного похолодания, т.е. изменившихся экологических условий.

В дальнейшем появилось множество фактов и исследований о связи эволюции органического мэра с определенными этапами геологического развития Земли. Например, в 1920-х годах известный русский геолог, академик А. П. Павлов в своей работе "0 некоторых ещё мало изученных факторах вымирания животных в прошлом" связывал гибель динозавров с ларамийской эпохой горообразования, сопровождавшейся активизацией вулканической деятельности, сказавшейся на газовом составе древней атмосферы и солености океана.

Древние экологические катастрофы происходили в течение всей геологической истории Земли. Однако с периодами катастроф связана не только массовая гибель определенных групп живых организмов, но и интенсивное формообразование, увеличивающее видовое разнообразие живых организмов в биосфере. Поэтому каждый биоценоз соответствует определенному геологическому этапу развития Земли, что свидетельствует о связи эволюции органического мира с процессами геологического развития планеты.  Однако пока никто не объяснил причин избирательной гибели одних видов и процветания других внутри одного семейства.

Во многих случаях гибель определенных групп организмов приурочена к определенным фазам геологического развития. Например, на границе ордовикского и силурийского периодов вымирают палеозойские иглокожие (цистодеи, кариодеи, текоидеи), некоторые виды брахиопод, сильно сокращаются трилобиты. В конце верхнедевонского периода появляются большие группы древесных растений - лепидодендронов, сигиллярий, кордаитов, каламитов, которые получили наибольшее развитие  в каменноугольном периоде.

 Существует множество гипотез, объясняющих "великое мезозойское вымирание" и подобные экологические катастрофы в истории нашей планеты. Гибель живых организмов в древние геологические эпохи объясняют   горообразованием, вулканизмом, изменениями климата и состава  атмосферы, морскими трансгрессиями и регрессиями, космическими причинами

 Показательно, что все гипотезы со времен Ж.Кювье связывают исчезновение динозавров с изменением экологических условий среды обитания. Очевидно,  древние земноводные не смогли приспособиться к изменившимся экологическим условиям и поплатились за это. 70 млн. лет назад биосфера стала  функционировать без динозавров.

Многие жители современного антропогенового периода имеют  своеобразный школьный "меловой период", постигая ученую  премудрость благодаря белому кусочку писчего мела.

В наше время коллекцию игрушечных меловых земноводных можно купить в газетном киоске, посетить  парк и музей динозавров. Дошкольники  и школьники с интересом смотрят мультики, ужастики и блокбастеры про "планету динозавров" и геологическую историю мелового периода Земли, что служит  образованию и воспитанию.

Вячеслав Зверев