Биостратиграфия — это раздел стратиграфии , который занимается корреляцией и определением относительного возраста пластов горных пород с использованием содержащихся в них комплексов ископаемых . [1] Основной целью биостратиграфии является корреляция , демонстрирующая, что конкретный горизонт в одном геологическом разрезе представляет тот же период времени, что и другой горизонт в другом разрезе. Окаменелости в этих слоях полезны, потому что отложения одного и того же возраста могут выглядеть совершенно по-разному из-за местных различий в осадочной среде . Например, одна секция могла состоять из глин и мергелей , а другая — из более меловых известняков . Однако, если зарегистрированные ископаемые виды схожи, эти два отложения, вероятно, отложились примерно в одно и то же время. В идеале эти окаменелости используются для идентификации биозон , поскольку они составляют основные единицы биостратиграфии и определяют геологические периоды времени на основе видов ископаемых, обнаруженных в каждом разделе.
Основные понятия биостратиграфических принципов были введены много веков назад, еще в начале 1800-х годов. Датский ученый и епископ по имени Николас Стено был одним из первых геологов, осознавших, что слои горных пород коррелируют с законом суперпозиции . С развитием науки и техники к 18 веку стало признаваться, что окаменелости — это останки, оставленные вымершими видами, которые затем сохранились в летописи горных пород. [2] Этот метод был хорошо известен еще до того, как Чарльз Дарвин объяснил лежащий в его основе механизм — эволюцию . [3] Ученые Уильям Смит , Джордж Кювье и Александр Броньяр пришли к выводу, что окаменелости затем указывают на серию хронологических событий, устанавливая слои горных пород как некий тип единицы, позже названной биозоной . [4] С этого момента ученые начали соотносить изменения в слоях и биозонах с разными геологическими эпохами, устанавливая границы и периоды времени в пределах основных изменений фауны. Благодаря этим находкам к концу 18 века кембрийский и каменноугольный периоды получили международное признание. В начале 20-го века технологические достижения дали ученым возможность изучать радиоактивный распад . Используя эту методологию, ученые смогли установить геологическое время, границы различных эр ( палеозой , мезозой , кайнозой ), а также периоды ( кембрийский , ордовик , силурийский ) с помощью изотопов, обнаруженных в окаменелостях в результате радиоактивного распада. [2] Текущее использование биостратиграфии в XXI веке включает интерпретацию возраста слоев горных пород, которые в основном используются нефтегазовой промышленностью для рабочих процессов бурения и распределения ресурсов. [5]
Ископаемые комплексы традиционно использовались для обозначения продолжительности периодов. Поскольку для того, чтобы ранние стратиграфы создали новый период, потребовались большие изменения в фауне, большинство периодов, которые мы признаем сегодня, заканчиваются крупным событием вымирания или сменой фауны.
Этап — это основное подразделение пластов, каждый из которых систематически следует за другим и содержит уникальный комплекс окаменелостей. Таким образом, этапы можно определить как группу пластов, содержащих одни и те же основные комплексы ископаемых. Изобретение этой концепции принадлежит французскому палеонтологу Альсиду д'Орбиньи . Он назвал этапы в честь географических местностей с особенно хорошими участками пластов горных пород, несущими характерные окаменелости, на которых основаны эти этапы.
В 1856 году немецкий палеонтолог Альберт Оппель ввел понятие зоны (также известной как биозоны или зона Оппеля). Зона включает пласты, характеризующиеся перекрывающимся набором ископаемых. Они представляют собой время между появлением видов, выбранных в основании зоны, и появлением других видов, выбранных в основании следующей последующей зоны. Зоны Оппеля названы в честь особого ископаемого вида, называемого индексным ископаемым. Индексные окаменелости представляют собой один из видов из совокупности видов, характеризующих эту зону.
Биостратиграфия использует зоны в качестве самой фундаментальной единицы измерения. Мощность и протяженность этих зон могут составлять от нескольких метров до сотен метров. Они также могут варьироваться от локальных до глобальных, поскольку степень их достижения в горизонтальной плоскости зависит от тектонических плит и тектонической активности. Двумя тектоническими процессами, которые могут изменить ареал этих зон, являются метаморфическая складчатость и субдукция . Кроме того, биостратиграфические единицы разделены на шесть основных типов биозон: биозона таксона , [6] биозона одновременного ареала, [6] интервальная биозона, биозона родословной, биозона комплекса и биозона численности .
Биозона ареала таксона представляет собой известный стратиграфический и географический диапазон распространения одного таксона. Биозона конкурирующего ареала включает совпадающую, совпадающую или перекрывающуюся часть ареала двух указанных таксонов. Интервальные биозоны включают пласты между двумя конкретными биостратиграфическими поверхностями и могут основываться на минимальной или максимальной встречаемости. Биозоны линии — это слои, содержащие виды, представляющие определенный сегмент эволюционной линии. Биозоны комплексов — это пласты, содержащие внутри себя уникальную ассоциацию трех и более таксонов. Численные биозоны – это пласты, в которых численность того или иного таксона или группы таксонов значительно больше, чем в прилегающей части разреза.
Индексные окаменелости (также известные как окаменелости-индикаторы , окаменелости-индикаторы или окаменелости для датирования ) представляют собой окаменелые останки или следы определенных растений или животных, которые характерны для определенного периода геологического времени или окружающей среды и могут использоваться для идентификации и датировки содержащихся в них окаменелостей. горные породы. Чтобы быть практичными, индексные окаменелости должны иметь ограниченный вертикальный временной диапазон, широкое географическое распространение и быстрые эволюционные тенденции. Таким образом, известно, что скальные образования, разделенные большими расстояниями, но содержащие одни и те же ископаемые виды-индексы, образовались в течение ограниченного времени существования этих видов.
Индексные окаменелости первоначально использовались для определения и идентификации геологических единиц, затем стали основой для определения геологических периодов , а затем для фаунистических стадий и зон.
Аммониты , граптолиты , археоциатиды , иноцерамиды и трилобиты — группы животных, многие виды которых были идентифицированы как ископаемые-индексы , широко используемые в биостратиграфии. Также часто используются такие виды микрофоссилий , как акритархи , хитинозои , конодонты , цисты динофлагеллят , остракоды , пыльца , споры и фораминиферы . Различные окаменелости хорошо подходят для отложений разного возраста; трилобиты, например, особенно полезны для отложений кембрийского возраста. Длинный ряд видов аммонитов и иноцерамидов особенно полезен для корреляции экологических событий по всему миру во время суперпарникового периода позднего мела . [7] [8]
Чтобы работать хорошо, используемые окаменелости должны быть широко распространены географически, чтобы их можно было найти в самых разных местах. Они также должны быть недолговечными как вид, чтобы период времени, в течение которого они могли внедриться в отложения, был относительно узким. Чем дольше живут виды, тем хуже стратиграфическая точность, поэтому окаменелости, которые быстро эволюционируют, такие как аммониты, предпочтительнее форм, которые развиваются гораздо медленнее, таких как наутилоиды .
Часто биостратиграфические корреляции основаны на фаунистическом комплексе , а не на отдельном виде — это обеспечивает большую точность, поскольку временной интервал, в течение которого все виды в комплексе существовали вместе, уже, чем временные интервалы любого из членов. Более того, если в образце присутствует только один вид, это может означать либо то, что (1) слои образовались в известном ареале ископаемых этого организма; или (2) ареал окаменелостей организма был не полностью известен, а слои расширяют известный ареал окаменелостей. Например, наличие следов окаменелости Treptichnus pedum использовалось для определения основания кембрийского периода, но с тех пор оно было обнаружено и в более древних слоях. [9] Если окаменелость легко сохранить и легко идентифицировать, возможна более точная оценка времени стратиграфических слоев.
Концепция преемственности фауны была выдвинута в начале 19 века Уильямом Смитом . Когда Уильям изучал пласты горных пород, он начал понимать, что обнажения горных пород содержат уникальную коллекцию окаменелостей. [10] Идея о том, что эти отдаленные обнажения горных пород содержат похожие окаменелости, позволила Смиту упорядочить скальные образования по всей Англии. Благодаря работе Смита над этими обнажениями горных пород и составлению карт Англии он начал замечать, что некоторые пласты скал могут содержать в основном схожие виды, однако существовали также тонкие различия внутри или между этими группами ископаемых. Это различие в комплексах, которые поначалу казались идентичными, привело к принципу фаунистической преемственности, согласно которому ископаемые организмы сменяют друг друга в определенном и определяемом порядке, и, следовательно, любой период времени можно классифицировать по объему его ископаемых. [11]