Изучение палеоэкосистем позднего палеозоя - раннего мезозоя

Министерства образования Российской федерации (02-9.0-25), руководитель М.В. Сурков
Российского фонда фундаментальных исследований (04-05-64695) Руководитель В.П. Твердохлебов
National Geographic (7469-03) Руководитель М.Бентон.

Основные задачи проекта
Переход от позднего палеозоя к раннему мезозою характеризуется глобальными экосистемными изменениями приведшими к формированию динозавровых сообществ к концу позднего триаса Позднепермский кризис был одним из самых катастрофических событий в истории жизни на Земле уничтоживший около 90 процентов таксонов. Для установления факторов вызвавших эти события предполагается провести детальное изучение наиболее стратиграфически полных пермо-триасовых разрезов в Южном Приуралье. Анализ изотопов С и О в палеопочвах позволит получить новые данные о палеоклиматических изменениях в этом регионе на рубеже перми и триаса. Параллельные седиментологические и палеонтологические исследования позволят установить основные факторы ставшие причиной драматических событий в конце палеозоя. Определенное внимание будет также уделено проверке гипотезы о связи этих событий с позднепермским вулканизмом в Восточной Сибири. Предполагается провести реконструкцию наземных экосистем на основе анализа таксономического состава и трофических адаптаций наземных тетрапод. Анализ экосистемных изменений (позднепермский кризис и последующее восстановление) будет проводится с учетом геохимических и седиментологических исследований. Комплексный анализданных из Южного Приуралья и результатов сходных исследований в Южной Африке, Китае, Шпицбергена позволит выделить глобальные факторы вызвавшие катастрофические события в позднем палеозое.

Основные научные проблемы решенные в 2004г.
1) Определен методический подход к выделению палеоэкосистем- основного объекта исследований и особенностям их реконструкции. Среди геологических объектов, наряду с вещественной и структурной линиями организации геосистем, выделяется стратиграфическая линия. Уровни перестройки палеоэкосистем представляют собой стратиграфические границы, а в получающихся подразделениях, отвечающих периодам стабильности - стратоны различного ранга. В качестве основного объекта экосистемных исследований нами рассматриваются стратоны ранга горизонтов, что обусловлено разрешающими способностями (по состоянию на сегодняшний день) основной группы фауны - тетрапод, на базе которой происходило становление схемы стратиграфического расчленения континентальных отложений верхней перми и триаса. В ее становлении и совершенствовании принимали непосредственное участие исполнители настоящего проекта, которыми открыта большая часть местонахождений остатков позвоночных на юго-востоке Европейской России. Пространственные границы наземных палеоэкосистем в какой-то мере условны и определяются границами континентального бассейна седиментации- области, где динамика седиментогенеза и состав отложений зависят от определенной питающей области. К подобному бассейну можно отнести Юго-восточный склон Волго-Уральской антеклизы и Предуральский краевой прогиб, где седиментационные процессы и распределение органического мира напрямую зависели от режима основной питающей области - Южного Урала. На континенте в аридных и семиаридных зонах седиментационные, ландшафтные и, соответственно, экологические условия отличаются значительным динамизмом. Биота здесь находится в полной зависимости от резко изменчивой среды обитания, при этом практически полностью отсутствуют обратные влияния. Таким образом, в реконструкции континентальных аридных экосистем на одно из первых мест выходит исследование абиотической составляющей - генетических типов отложений и условий седиментогенеза, позволяющих с той или иной степенью достоверности реконструировать палеоландшафты. Общие вопросы исследования палеоэкосистем, а также реконструкция палеоландшафтов и биоты уржумского (раннетатарского) времени приведены в первой из серии статей Континентальные палеоэкосистемы рубежа палеозоя и мезозоя (раннетатарское-уржумское) время на юго-востоке Восточно-европейской платформы в Известиях Вузов. Геология и Разведка.
2) При поддержке Фонда была выполнена монография Upper Permian vertebrates and their sedimentology context in the South Urals, Russia , принятая к печати в ежегодном научном обозрении (Earth Science Reviews) издательства Elsevier. В ее публикации, наряду с сотрудниками Саратовского госуниверситета, принимал участие профессор Бристольского университета (UK) М.Бентон (по гранту National Geographic and Royal Society). В этой работе обобщены все материалы по местонахождениям позвоночных в отложениях верхней перми юго-востока Европейской России, а также все последние данные по стратиграфическому расчленению верхней перми, полученные авторами при подготовке к изданию и редактированию карт нового поколения масштаба 1:200000 на территории ряда листов Южного Предуралья и юго-востока Волго-Уральской антеклизы. В монографии с палеоэкосистемных позиций рассмотрены вопросы седиментологии и развития фауны позвоночных животных на юго-востоке Европейской России в поздней перми. Несколько ранее (2002) подобная монография, посвященная местонахождениям тетрапод в отложениях триаса, была опубликована в том же издательстве.
3) Вопросы стратиграфии при палеоэкосистемных исследованиях являются основой для всех дальнейших интерпретаций и построений и поэтому занимают одно из первых мест в объеме исследований. При поддержке Фонда в 2004 г. опубликована статья коллектива авторов О нижне верхнетатарском рубеже современной стратиграфической схемы перми Восточной Европы. Высокий ранг границы был установлен при изучении фауны тетрапод, на этом уровне произошла смена двух глобальных этапов в истории их развития: дейноцефалового комплекса парейазавро-горгонопсовым. Глобальные события на этом рубеже привели к очень сближенной во времени перестройке всех групп органического мира.
4) Рубежу перми и триаса и исследованию палеоэкосистем переходного периода по анализу фауны позвоночных посвящена обзорная статья- Ecosystem remodelling among vertebrates at the Permian-Triassic boundary in Russia., выполненная при поддержке Фонда (РФФИ), а также Royal Society и INTAS, опубликованная в Nature от 4.12.2004 г.

5) В рамках проекта в 2004 г. проведены полевые исследования в пределах юго-востока Европейской России (Оренбургская и Самарская области) с ревизией и частичным переописанием некоторых разрезов верхней перми, отбором образцов для определения изотопного состава О и С и восстановления условий осадконакопления. Аналитические исследования будут проводиться сотрудниками Бристольского университета, а также в лаборатории университета г. Плимут (UK). Краткий отчет написанный студентами кафедры геоэкология проходившими производственную практику можно посмотреть здесь
6) В результате совместных с британскими коллегами полевых исследований сделана уникальная находка - в Оренбургской области в отложениях вятского горизонта верхнетатарского подъяруса обнаружены многочисленные отпечатки следов тетрапод, размер которых значительно превышает все ранее известные для поздней перми. Средняя ширина следа 45 см, глубина 15-20 см, длина шага около 130 см. Ограниченность срока командировки не позволили с достаточной полнотой провести обследование и вскрышные работы на местонахождении.

Основные научные проблемы решенные в 2005-2006г.
Основные поставленные задачи этапа выполнены практически в полном объеме. Получены первые данные изотопного состава С и О палеопочв и в настоящее время идет обобщение материала. Результаты анализа данных по позднепермским и раннетриасовым местонахождениям позвоночных на Юго-Востоке Европейской России и новые данные по наземным позвоночным представлены статьями (три опубликовано, две принято к печати), поддержанными Фондом, в журналах «Известия вузов. Геология и разведка», Вестник СГУ и в Материалах 3-го Международного симпозиума «Эволюция жизни» (г.Томск) и “Neues Jahrbuch Fur Geologie Und Palaontologie-Monatshefte”.
На основании выработанной методики выделения и анализа палеоэкосистем проведена ревизия большинства основных опорных (в том числе и стратотипических) разрезов, реконструкция палеоландшафтов юго-востока Европейской России для уржумского, северодвинского и вятского времени. Установлено, что наиболее благоприятными для развития органического мира были дельтовые системы. Дельтовые равнины уржумского времени отличались значительным своеобразием, характерным для аридных и семиаридных зон. Если в гумидных условиях при относительно стабильных водоемах в системе бассейн-дельта более изменчива дельтовая составляющая,то для аридных внутриконтинентальных бассейново-дельтовых систем наиболее неустойчива озерная часть. В ней из-за колебаний температуры и режима питания, низкой тепловой инерции в мелководных озерных ваннах, резких изменений площади зеркала и положения береговой линии, и солености нет условий для нормального развития биоты. Дельтовая часть системы даже при наличии четко выраженной сезонности выглядит более стабильной. Благодаря относительно регулярному питанию пресными водами с водосбора Урала по дельтовым каналам развивалась пышная растительность, обеспечивающая кормовую базу даже крупным растительноядным животным. В раннетатарское время на территории юго-востока Европейской России сформировалось устойчивое сообщество водных и наземных позвоночных. Логнормальное распределение таксонов в раннетатарское время свидетельствует о существовании ненарушенной экосистемы с достаточно большим количеством экологических ниш. На границе нижне-и верхнетатарского подъярусов в связи с усилением аридности климата картина существенно меняется. Многие типично пермские формы, такие как диноцефалы, рахитомные лабиринтодонты вымирают и формируются переходные типы сообществ (парейазавры, хрониозухи). Терапсиды в силу физиологического ограничения адаптивных способностей к аридным условиям вероятно оказались не в состоянии сформировать новую устойчивую наземную ассоциацию. Северодвинская экосистема характеризуется ярко выраженной ассиметрией сообщества позвоночных в сторону водной ассоциации. Вятскому сообществу позвоночных, несмотря на значительное обновление семейственного состава, свойственна общая унаследованность структуры от северодвинского. В самом конце позднетатарского времени произошло резкое увеличение аридности климата, что привело к значительным контрастам между сезонами и усилению лавинного спазмалитического характера седиментации. Это событие нашло свое отражение в резком изменении сообщества тетрапод. По местонахождениям Вязники и Пурлы (Московская синеклиза) А.Г.Сенниковым для самых верхов татарского яруса был выделен самостоятельный вязниковский комплекс. Несмотря на весьма кратковременное существование он совершенно уникален и фиксирует момент максимума кризиса пермских фаун. Вязниковское наземное сообщество моделирует структуру триасовых текодонтово-дицинодонтовых сообществ, однако на границе перми и триаса завершается массовое вымирание, и раннетриасовые фауны на родовом и видовом уровне не имеют общих форм с вязниковской. На рубеже перми и триаса значительно изменился и характер растительности, древесно-кустарниковые заросли папоротников и древних голосеменных сменились болотной плевромейевой. В конце перми произошло также обвальное вымирание насекомых, среди которых полностью исчезли формы, связанные с древесной растительностью. Посткризисная (восстановительная) часть переходного от палеозоя к мезозою периода продолжалась практически до конца среднего триаса. В это же время закончился длительный этап существования аридных и семиаридных формационных систем на востоке Европы.