Дополнительный материал для учителя по теме «Палеонтология и карбонат кальция» 9 класс

Дополнительный материал для учителя по теме
«Палеонтология и карбонат кальция»
9 класс
Арагонит
Минерал арагонит один из естественных полиморфов карбоната кальция
(CaCO3). Арагонит образует призматические, столбчатые, таблитчатые, игольчатые и
копьевидные кристаллы. Агрегаты радиально-лучистые, шестоватые, волокнистые,
тонкозернистые.
Обычны
двойниковые
кристаллы,
множественные
сложные
двойники, полисинтетические двойники. Арагонит — нестабильная фаза карбоната
кальция, и за отрезок времени порядка 10—100 млн. лет видоизменяется до кальцита.
Сингония ромбическая, ромбо-дипирамидальный класс симметрии. Трансформация
арагонита в кальцит сопровождается увеличением объёма. При нагревании свыше
400°С происходит быстрый переход арагонита в кальцит, а на огне он рассыпается в
тонкую кальцитовую пудру. Арагонит входит в состав перламутрового слоя раковин
многих видов моллюсков, в экзоскелет кораллов. Поскольку арагонит в раковине
моллюска подвергается биологическому воздействию, форма кристаллов может
весьма отличаться от арагонита неорганического происхождения. У некоторых
моллюсков вся раковина состоит из арагонита, у других из арагонита состоят только
отдельные части, а вся остальная раковина из кальцита. Содержит часто примеси Sr,
Mg, Fe, Zn, Pb.
Кальцит
Минерал кальцит с формулой CaCO3 из группы карбонатов, одна из природных
форм карбоната кальция. Сингония тригональная, тригонально-скаленоэдрический
вид симметрии. Название минерала предложено Гайдингером в 1845 году и
происходит от греческого названия извести – «кальс». В чистом виде кальцит белый
или бесцветный, прозрачный (исландский шпат) или просвечивающий, – в
зависимости от степени совершенства кристаллической структуры. Примеси
окрашивают его в разные цвета. Никель окрашивает в зеленый; кобальтовые,
марганцевые кальциты – розовые. Тонкодисперсный пирит окрашивает в синеватый и
зеленоватый цвет. Кальцит с примесью железа – желтоватый, буроватый, краснокоричневый; с примесью хлорита — зеленый. Углистое вещество часто придает
кальциту неравномерную чёрную окраску. Известны кристаллы с многочисленными
включениями битуминозного вещества, они имеют желтый или бурый цвет.
Кальцит слагает горную породу мрамор, является главной составной частью
известняков и мергелей. Часто образует псевдоморфозы по органическим остаткам,
замещает раковины древних моллюсков и кораллы («окаменелости»). Нередко сам
замещается другими минералами; обычны псевдоморфозы по кальциту кварца и
халцедона, а также ряда рудных минералов. Кальцит – самый распространенный
биоминерал: он участвует в строении очень многих живых организмов, в составе
раковин и костей. Типичные примеси в минерале кальцит: Mn, Fe, Zn, Co, Ba, Sr, Pb,
Mg, Cu, Al, Ni, V, Cr, Mo.
Известняк
Осадочная горная порода широко распространённая, образующаяся при участии
живых организмов в морских бассейнах. Это мономинеральная порода, состоящая из
кальцита с примесями. Название разновидности известняка отражает присутствие в
нём остатков породообразующих организмов, район распространения, структуру
(например, оолитовые известняки), примесей (железистые), характер залегания
(плитняковые),
геологический
возраст
(триасовые).
Известняк,
состоящий
преимущественно из раковин морских животных и их обломков, называется
ракушечником. Кроме того, бывают нуммулитовые, мшанковые и мраморовидные
известняки — массивнослоистые и тонкослоистые. При метаморфизме известняк
перекристаллизуется и образует мрамор.
Мрамор
Метаморфическая кристаллическая карбонатная горная порода. Образуется в
результате метаморфизма карбонатных и карбонатно-силикатных осадочных горных
пород (известняков, доломитов, мергелей и др.). По количеству содержащихся
карбонатов (кальцита и доломита) выделяются мраморы (>90% карбонатов) и
силикатные мраморы (50-90% карбонатов). Чистые мраморы, как правило, имеют
светлые однородные окраски – белую, сероватую, желтоватую. Примеси силикатов
(волластонит, диопсид, форстерит, флогопит, скаполит, монтичеллит, клиногумит,
гранаты андрадит-гроссулярового ряда, хлорит, серпентин), оксидов (гематит,
лимонит, окислы марганца, периклаз, брусит), а также органических соединений
придают мраморам зеленые, красные, черные и другие, более редкие окраски.
Мраморы часто имеют рисунок (пестрый, пятнистый, муаровый, свилеватый и
многие другие), обусловленный неравномерным распределением минеральных
примесей, неравномерной перекристаллизацией или окаменевшими остатками
растений и организмов. Мрамор с античных времен применяется в качестве
строительного и отделочного материала благодаря богатству рисунка, простоте
обработки и полировки. Мрамор используется как поделочный камень для создания
скульптур, мозаичных композиций, барельефов и других произведений искусства.
Относительная прозрачность мрамора порождает на поверхности скульптуры
тончайшую игру света и тени. Мраморная крошка применяется для мозаик,
прессованных облицовочных плит.
История палеонтологии
Ископаемые, или окаменелости, человек использовал с периода палеолита. Об
этом свидетельствуют находки ожерелий из фрагментов вымерших кораллов и
морских ежей, использовавшихся в ритуалах погребения, и другие археологические
находки. Различные ископаемые упоминаются в приданиях, мифах и сказках. Так,
белемниты называют «чёртовы пальцы» и в восточных сказках их рассматривают как
ногти джинов, раковины фораминифер – нуммулитид в сказаниях о битвах
Александра Македонского описывают как окаменевшие монетки.
Первые
принадлежат
научные
письменные
древнегреческим
документы
об
естествоиспытателям
ископаемых
и
организмах
философам.
Успехи
естествознания древних греков были обобщены в трудах Аристотеля, жившего в
384–322 гг. до новой эры – великого мыслителя своего времени, который создал
основы классификации животных, зачатки сравнительной анатомии и эмбриологии.
Окаменелости он считал остатками морских животных.
Спустя много столетий в
XV–XVI вв. такой взгляд на окаменелости
поддерживал Леонардо да Винчи (1452– 1519), хотя в то время существовали иные
точки зрения, в частности, что окаменелости – это объекты, созданные богом после
потопа.
В XVII–XVIII вв. начинается интенсивное исследование в различных отраслях
естествознания. Это привело не только к накоплению огромного фактического
материала, но и к появлению различных идей, гипотез. Большое значение в развитии
палеонтологии имели труды шведского учёного Карла Линнея (1707–1778 гг.) –
основоположника классификации и систематики. Он разделил всю природу на три
царства: минералов, растений и животных. Линней описал свыше 4200 видов
животных и около 10 000 растений. Он допускал возможность возникновения новых
видов под влиянием внешней среды или в результате скрещивания. Одновременно с
Линнеем работали блестящие учёные: во Франции Жорж Бюффон (1707–1788) и в
России – Михаил Ломоносов (1711–1765).
Бюффон, рассматривая происхождение и развитие жизни, историю животного и
растительного мира, подчёркивал единый план строения животных, говорил о
наличии промежуточных форм между разными группами животных и считал, что
история
развития
Земли
насчитывает
до
75
000
лет.
Основоположником
естествознания в России стал М. Ломоносов. В своей книге «О слоях земных» он
объяснял происхождение осадочных горных пород образованием их в морских
бассейнах. Ископаемые моллюски, встреченные в этих породах, обязаны своим
происхождением морям, существовавшим в прошедшие геологические эпохи.
Ломоносов представлял себе смену различных периодов жизни на Земле как
последовательное чередование наступления и отступления морей, объясняя эти
явления медленными колебаниями суши. Ломоносов впервые высказал правильное
представление о янтаре, как ископаемой смоле хвойных. По его инициативе в 1755 г.
был создан Московский университет. Возраст Земли он оценивал уже в 400 000 лет.
Становление
и
развитие
палеонтологии
происходило
в
три
этапа:
додарвиновский, дарвиновский и последарвиновский.
Додарвиновский этап развития палеонтологии связан с именами таких учёных
как англичанин Вильям Смит (1769–1839) – палеозоология беспозвоночных, Жорж
Кювье (1769 –1832) – палеозоология позвоночных, Александр Броньяр (1801–1876) –
палеоботаника.
Вильям Смит в 1799 г. предложил два постулата:
1) слои, содержащие одинаковые окаменелости, одновозрастные;
2) слои, содержащие разные окаменелости, являются разновозрастными.
На
основании
этих
положений
Смит
впервые
построил
сводный
стратиграфический разрез Англии, где разновозрастные слои раскрасил различными
цветами, эти принципы Смита до сих пор являются классическими и незыблемыми.
Его считают основоположником палеонтологического метода в стратиграфии.
Основы палеонтологии как науки были заложены почти одновременно
Ламарком, Кювье и Броньяром.
Жан Ламарк (1744–1829) – французский натуралист, зоолог. Живая природа
представлялась Ламарку в виде непрерывно изменяющихся особей, которые
объединяются в виды, существующие только в течение определённого отрезка
времени. Ламарк, создав теорию наследования приобретённых признаков и
изменчивости, поставил вопрос о взаимосвязи изменчивости и наследственности.
Основные положения учения Ламарка:
1) виды существуют в течение определенного интервала времени и переходят
один в другой;
2) происходит постепенное усложнение организмов - от низших к высшим;
3) изменчивость видов связана с влиянием внешней среды;
4) приобретённые изменения передаются потомкам через наследственность.
Идеи Ламарка не получили поддержки у современников, хотя им была предложена
первая эволюционная концепция, в дальнейшем развитая Ч. Дарвином.
Жорж Кювье (1769–1832) известен как выдающийся выразитель идеи
неизменяемости видов органического мира. Историю органического мира он
рассматривал совершенно иначе, чем Ламарк. Он, как и Линней, считал, что виды
неизменны и постоянны. Вместе с тем Кювье видел, что ископаемые разных слоёв
отличаются друг от друга и объяснял это периодическими революциями, после
которых старое исчезает и возникает новое, постепенных переходов не существует.
Впоследствии его объяснение развития органического мира назвали теорией
катастроф, которая объясняла массовые вымирания организмов, такие как на рубеже
палеозоя-мезозоя и т.д.
Дарвиновский период охватывает промежуток времени от середины и до
конца XIX века и связан с именем великого ученого Чарльза Дарвина (1809–1882). В
1831 году он совершил кругосветное путешествие на научно-исследовательском
судне “Бигль”. Материалы, собранные им за 5 лет плавания и привлечённый им
палеонтологический материал легли в основу его учения, названного впоследствии
теорией эволюции или дарвинизмом. Полный вариант теории Ч. Дарвина был
опубликован в 1859 году в его книге «Происхождение видов». Появление книги
Дарвина оказало огромное влияние на развитие биологии и палеонтологии. Дарвин
показал, что современный органический мир со всем своим многообразием и
удивительной приспособленностью форм является итогом сложной эволюции,
которая длилась многие миллионы лет. Базируясь на большом количестве фактов,
Дарвин сформулировал следующие основные положения своего учения об эволюции:
1. Постоянно идёт борьба за существование, при этом выживают сильнейшие. До
взрослого состояния доживает незначительная часть, большинство погибает.
2. Для всех живых организмов характерна всеобщая изменчивость признаков и
свойств, т.е. под влиянием определённых причин организмы могут приобретать
новые качества и признаки в результате искусственного и естественного отбора.
3. В качестве главного механизма эволюции он выделил естественный отбор. В
отличие от своих предшественников, Дарвин оценивал длительность жизни на Земле
во много млн. лет, но подчёркивал, что неполнота геологической летописи является
причиной отсутствия сведений о переходных промежуточных формах, связывающие
одну группу с другой и причиной внезапного появления многих групп.
4. Дарвин пришёл к очень важному выводу для биостратиграфии – закону о
необратимости эволюции: если вид однажды исчез с Земли, то он не возникнет вновь.
Это закон вытекает из теории естественного отбора, причём вымирание древних форм
является неизбежным следствием возникновения новых.
Благодаря усилиям Дарвина и его последователей палеонтология превратилась в
эволюционную науку, органические остатки стали звеньями цепи жизни на Земле.
Идеи Дарвина вызвали бурный рост естествознания, способствовали ускорению
процесса науки.
Последарвиновский этап палеонтологии – это начало и весь XX век.
Эволюционная теория Дарвина осталась базисной. Появились новые теории
эволюции, которые опираются на исследования по генетике, молекулярной биологии,
биохимии, биофизики, экологии и т.д.
Важную роль в развитии палеонтологии сыграли такие русские учёные Л. Берг, А.
Северцов, А. Павлов, Н. Андрусов.
Аммониты
Вымершие головоногие моллюски, обладавшие очень красивыми наружными
раковинами. Чаще всего словом «аммониты» обозначают всех представителей
подкласса
аммоноидей
(Ammonoidea)
из
класса
головоногих
моллюсков
(Cephalopoda). В этот подкласс входят 6 отрядов: Anarcestida, Ammonitida, Ceratitida,
Clymeniida, Goniatitida, Prolecanitida. Первые аммониты, если говорить о подклассе в
целом, появились в девонском периоде. Это были представители отряда Goniatitida, а
в позднем девоне, кроме гониатитид, существовали также отряды Anarcestida,
Clymeniida и Prolecanitida.
Аммониты были стеногалинными животными, то есть они жили только в морях
с нормальной соленостью, никогда не заходя в пресные водоемы и устья рек.
Большинство аммонитов обладали спирально-закрученной раковиной, хотя среди них
неоднократно появлялись так называемые гетероморфы – аммониты с развернутыми,
закрученными в клубок, прямыми или крючковидными раковинами.
Раковина у аммонитов была разделена на отдельные камеры, в передней, самой
большой (она называется жилой камерой) располагался сам моллюск. Все камеры
были соединены с телом аммонита сифоном – специальной трубкой, проходящей
через отверстия в стенках камер. Благодаря сифону аммониты могли регулировать
плавучесть раковины. Но сифон аммонитов по своему строению и скорости работы
был ближе к сифону современных колеоидей – каракатиц и спирул, чем к сифону
наутилусов.
Аммониты очень быстро эволюционировали, поэтому их раковины являются
очень важными «руководящими ископаемыми», помогающими палеонтологам
разделять слои осадочных пород и сопоставлять породы из разных местонахождений
между собой.
Белемниты
Полностью вымерший отряд внутрираковинных головоногих моллюсков
(подкласс Coleoidea). Белемниты родственны современным осьминогам, каракатицам
и кальмарам. Среди вымерших головоногих к ним наиболее близки белемнотеутиды
(Belemnoteuthina – среднее между белемнитами и кальмарами), фрагмотеутиды
(Phragmoteuthida) и аулакоцератиды (Aulacoceratida).
У белемнитов было десять щупалец, кальмароподобное строение тела, плавники
на остром конце туловища. На щупальцах были расположены крючки. Белемниты
обладали мощной внутренней раковиной – ростром. Именно ростр чаще всего и
именуют «белемнитами». Ростр сохраняется лучше всего за счет своей прочности.
Считается, что ростр был необходим для выравнивания тела в воде как противовес
голове и щупальцам животного и для лучшего управления движением, чтобы
белемнит, плывущий острым концом вперед, не вилял из стороны в сторону. Видимо,
к ростру крепились и хрящи, служащие основанием плавников.
Белемниты относятся к внутрираковинным головоногим моллюскам. Все части
их раковины располагались внутри тела. Окраска белемниту нужна была лишь на
видимых частях тела. Тем более, что у белемнитов окраска располагается только на
одной стороне ростра, как и окраска раковин у других головоногих: как современных
наутилусов, так и у вымерших прямораковинных форм. У других родов белемнитов
ростры были явно глубоко в теле – у таких форм они покрыты отпечатками сосудов.
Время
распространения
белемнитов
–
с
карбона
по
мел.
Широко
распространились белемниты, начиная с триаса.
Брахиоподы
Брахиоподы – не моллюски, хотя имеют двустворчатую раковину, а
самостоятельный тип морских раковинных животных (Brachiopoda). По мнению
многих палеонтологов, они родственны мшанками, хотя на первый взгляд между
ними мало общего. Как правило, брахиоподы прикрепляются ко дну толстой
мускулистой ножкой. Фильтраторы по типу питания. Иногда брахиопод называют
плеченогими, собственно, так и переводится их название – Brachiopoda, от греч.
brachion – плечо и podos – нога.
Створки раковины у брахиопод разные, их называют брюшная и спинная. Это
отличает их от моллюсков, у которых створки раковин – правая и левая,
симметричны друг другу. У брахиопод створки неодинаковые, симметричны правая и
левая части одной створки. Размер раковин брахиопод редко превышает 7-10
сантиметров, хотя у некоторых видов раковины достигают 20-30 сантиметров в
ширину.
Брахиоподы существуют с начала палеозоя, они возникли в раннем кембрии, а
может быть, и раньше. Они были очень широко распространены в девоне и карбоне
(каменноугольном периоде), в настоящее время представлены на Земле только 200
видами. В ископаемом состоянии брахиоподы встречаются в породах всех возрастов,
но в палеозойских породах их обычно больше.
Морские ежи
Морские ежи (эхиноидеи – Echinoidea) – подтип типа иглокожих. Как и у всех
иглокожих одна из основных их особенностей – пятилучевая симметрия. Они
возникли в палеозое и живут в морях до сих пор. Но за это время морские ежи
претерпели довольно значительные изменения. Помимо обычной классификации по
отрядам, по принципу происхождения, морских ежей еще делят на древних – живших
с Ордовика по Пермь, и новых, с Триаса по настоящее время. Основное отличие
палеозойских древних ежей от современных – строение панциря, который состоял из
слабо связанных между собой пластинок и после смерти животного распадался на
отдельные пластинки. Поэтом
древних морских ежей практически никогда не
находят целыми. К пластинкам крепятся иглы различной длины – от 1 до 20
сантиметров.
Морские лилии (криноидеи)
Морские
лилии
или
криноидеи
(Crinoidea)
–
донные
животные
с
преимущественно сидячим образом жизни. Именно животные, относящиеся к типу
иглокожих (Echinodermata). Существуют с ордовика по настоящее время. Тело
состоит из стебля, чашечки и брахиолей – рук. Стебли и руки состоят из члеников
различной формы, при жизни животного они соединены мышцами, в ископаемом
состоянии они часто разваливаются. У многих видов современных криноидей стебель
редуцирован. Фильтраторы по типу питания. Сейчас это глубинные животные, ранее,
когда
было
меньше давление хищников,
они
обитали
и
на
мелководье.
Максимальный расцвет испытали в конце Палеозоя.
Криноидеи редко сохраняются целиком, для этого необходимо было быстрое
захоронение тела лилии в осадке, иначе ее быстро разбивало на отдельные членики
или столбики члеников. Зато эти членики и столбики очень прочны, они в изобилии
встречаются не только в известняке, но и в мраморе. Членики, представляющие из
себя, по сути, кристаллы кальцита, сложно растворить и они хорошо сопротивляются
давлению при метаморфизации породы, поэтому криноидеи – практически
единственный тип крупных ископаемых, сохраняющихся в мраморе.
Двустворчатые моллюски.
Двустворчатые моллюски – bivalvia – довольно многочисленный класс типа
моллюсков, известны с Кембрийского периода. Тело разделяется на туловище и ногу,
головы нет. В настоящее время они распространены во всех водоемах – от океанов до
пресноводных речек.
Известный в эпоху деревянного флота «корабельный червь», точивший днища
кораблей, тоже двустворчатый моллюск, его раковина значительно уменьшилась в
размерах и выполняет роль сверла. Есть и подвижные – моллюск гребешок способен
прыгать по дну, резко захлопывая створки и выталкивая воду из раковины.
Некоторые моллюски могут даже отталкиваться от субстрата ногой. В меловом
периоде появились двустворки – рудисты, очень похожие на одиночные кораллы.
Одна их створка стала похожа на вытянутый кубок, вторая – на его крышечку.
Местами они, как и кораллы, образовывали рифы. В отложениях юрского периода их
очень много, а вот в Палеозойской эре, в каменноугольном периоде, моллюски еще не
были столь распространены. По сравнению с брахиоподами их было мало и
разнообразие их невелико.
Брюхоногие моллюски
Брюхоногие
моллюски,
или
гастроподы
(Gastropoda)
–
наиболее
многочисленный класс типа моллюсков (Mollusca), к нему относится почти 100 тысяч
видов – вымерших и современных. Тело разделяется на туловище, голову и ногу. Это
очень древний класс моллюсков, их следы в окаменевших осадках находят в
отложениях раннего кембрия, возможно, что они возникли и раньше, в
докембрийскую эпоху.
В основном это бентосные организмы, морские и пресноводные, хотя есть и
наземные формы. Раковины морских гастропод, как правило, спирально закрученные,
иногда с шипами, хотя бывают и раковины-крышечки.