1. предмет и задачи на историчната геология

СРЕДЕН ПАЛЕОЗОЙ

Този интервал от геоложката история обхваща периодите силур и девон. В ранния силур морското ниво се покачва в сравнение с края на ордовика, което е резултат от общото разтопяване на ледниците, образувани по време на ледниковата епоха в края на ордовика. Тази трансгресия предизвиква взрив в популациите на много морски безгръбначни. Широкото разпространение на рифови, карбонатни и евапоритни седименти показва преобладаването на топли климати. Това се отнася най-вече за девонския период, когато плткоморските тропични съобщества са били най-широко разпространени, от когато и да е било през фанерозоя. Климатът е бил не само топъл, но и на много места сух, поради което се образуват големи количества евапорити, които разпространени на 30^о северно и южно от екватора. Най-важното събитие в земната кора по време на средния палеозой е появата на континента на стария червен пясъчник (old red sanstone continent). Той е наречен на девонските пясъчници с червен цвят, отложени повсеместно на Британските острови. Този високо издигнат континент се е образувал в резултат на колизията между Лавренция и Балтика, в резултат на което се ликвидира и океана Япетус. Вследствие на този сблъсък между Балтика и Лавренция се образуват високи планински вериги. В Европа те се намират в Скандинавия и Великобритания и се наричат Каледониди, а орогенезата каледонска. В Северна Америка тази орогенеза е известна като Акадска. В резултат на интензивното им разрушаване се образуват повече от 10km дебели теригенни седименти с червен цвят, поради аридния топъл климат. Тези скали във Великобритания са аналогични по литоложки особености на разкриващите се сега в района на щата Ню Йорк и Пенсилвания. Освен това близки сладководни риби с девонска възраст са намерени във Великобритания и източното крайбрежие на Северна Америка. Тези доказателства показват съединяването на Балтика и Северна Америка по време на акадската и каледонската орогенеза и образуването на континента на стария червен пясъчник.

Данните от магмената активност, нагъването и седиментацията в предпланинските басейни показват, че акадската или каледонска орогенеза се е извършвала от север на юг. Тя е започнала от Гренландия и Скандинавия през средния силур, а в централните части на Апалачите е завършила в края на средния девон. Палеомагнитните изследвания доказват, че в края на девонския период морския басейн между стария Червен континент и Гондвана значително се е стеснил и дори може да се е ликвидирал. Това се потвърждава и от фосилните находки, тъй като 80% от намерената безгръбначна фосилна фауна в Северна Америка, Европа и Северна Африка е твърде близка. Старият Червен континент включва скали в интервала от късния силур до ранния карбон. Дълго време геолозите не са могли да разрешат проблема от къде са дошли толкова дебелите седименти в предпланинския басейн на Британските острови. Плейттектонските реконструкции доказват свързването и колизията на Британските острови, Лавренция и Балтика и образуването на високи планински вериги, вероятно с височина на сегашните Хималаи. Тяхното интензивно разрушаване е довело до образуването на толкова дебели седиментни последователности. Британските острови са се намирали в югоизточния край на тази високо издигната суша и в предпланински басейни се е свличало голямо количество разрушен материал от планините в областта, в която сега се заема от Гренландия.

Девонският екватор се е намирал в южната част на стария Червен континент. Преобладаващата посока на влажните пасатни ветрове е била от изток на запад, поради което малки въглищни находища образувани от ранните спорови растения са открити в източните части на континента. Евапорити са намерени в югоизточната част на континента в областта на сегашните Скалисти планини. Подложените на интензивна ерозия планини в североизточната част на САЩ са снабдявали с теригенен материал предпланинските басейни, разположени на запад от тях. Притокът на разрушен материал е бил толкова интензивен, че не е могъл да компенсира по-бавното потъване. Това е довело до регресия в западна посока и до образуването на един клин от теригенни седименти, който постепенно изтънява на запад, тоест към областите отдалечени от подхранващата провинция. Теригенните скали са се отложили в обстановки на меандриращи реки, приливно-отливни равнини и плитки шелфове. На средно и къснодевонския континентален шелф на територията на днешна западна Канада по време на средния и късен девон са се образували големи бариерни рифове централни лагуни. Рифостроители са били колониални табулати и строматопори. Много от тях сега са погребани от по-млади седименти и са идеални резевоари за нефтени и газови находища. Там са открити и големите нефтени залежи в Западна Канада, провинция Албърти около град Калгари. По време на фаменския век започва потъване на областта и се отлагат по-дълбоководни глинести седименти, които спират рифообразуването, но са идеален екран за въглеводородите. В областта на Сиера Невада и т.нар. Кламадски планини в Тихоокеанското крайбрежие на САЩ – Северна Калифорния са се образували офиолити, грауваки, силицити и вулканити. Това показва наличието на вулканска дъга в тази област и затварянето на дъговия басейн, като в Сиера Невада дълбокоморските седименти са навлечени на 160km навътре в континента. Колизията на дъгата с континенталната окрайнина е причина за тези големи навлаци и образуването на планините Робъртс. Това нагъване известно като Аутаерска орогенеза е първата нагъвателна фаза в североамериканските Кордилиери през фанерозойския еон.

По времето от средния до късния силур Монголия се сблъсква със Сибир, в резултат на което се образува висока планинска верига, чиито ерозирали части сега се разкриват в южен Сибир. Активна зона на субдукция е продължила да съществува около Гондвана, която се е премествала на запад и по този начин се е затварял океана Реи (Rheic ocean). Гондвана си остава изцяло в южното полукълбо, въпреки това предвижване в западна посока, като южния полюс се е намирал в Южна Африка. Лавренция, Балтика, Казахстан, северен и южен Китай и Австралия са се радвали на тропичен климат през целия среден палеозой. Заледяванията в Южна Америка отразяват позицията на този континент близо до полюса през средния палеозой. Гондвана е ротирала около Южния полюс, като заледяванията през силура са обхващали южните части на Южна Америка, а през девона са се премествали на север.
Животът през средния палеозой
1. Главоноги – Амоноидеите са най-важната група от цефолоподите за средния палеозой. Те вероятно са произлезли от Наутилоидеите, които бяха основните главоноги за ордовика. Формата на черупките и сутурната им линия са се изменили значително до тяхната гибел в края на кредния период. През средния палеозой са били разпространени представители с агониатитна и гониатитна сутурна линия, като р. Agoniatites, p. Goniatites, p. Climenia. Последният живее само през франския век и е ръководен фосил за този етаж.

2. Насекоми и паякообразни – насекомите са били бързо развиващи се хищници, които са обитавали морски, лагунни и сладководни обстановки. Повечето от тях са били с дължина около 20cm, но най-големите девонски морски представители са били над 2m. С огромни очи и щипки те са били сред най-страшните хищници в среднопалеозойските морета. Тези гигантски насекоми окончателно измират в края на раннопермската епоха. В края на силура се появяват същинските паякообразни.

В ранния девон от скорпионите произлизат същинските паяци, които са едни от първите животни на сушата.

През средния палеозой продължава развитието на трилобитите, като антената при оленоидите (olenellid trilobites) се трансформира в крак с щипки.

3. Рифостроители – Рифостроителите са преобладавали от безгръбначната фауна в широко разпространените плитки тропични морета. Основни техни представители са били табулатните корали (p. Halysites, p. Favosites, p. Syriugopora), ругози, масивни карбонатни гъби (р. Stromatopora), криноиди (p. Pisocrinus).

Eдин от най-добре изучените рифови комплекси е рифа Тортон (Thоruton Reef), разкриващ се на магистрала 294, южно от Чикаго.

4. Развитие на рибите – еволюцията на рибите е едно от най-важните събития в развитието на животинския свят през средния палеозой. През ранния палеозой са живели само морски безчелюстни риби от един разред на остракодермите (ostrаcoderms). През ранния силур се появяват три нови разреда от остракодермите, както и първите челюстни риби, принадлежащи към клас Acanthodia. През средния девон съществуват всичките четири класа на челюстните риби. През късния силур и ранния девон някои групи от рибите се приспособяват за живот в сладки води на различните континенти. В Лавренция, Сибир, Южен Китай и Австралия са били съсредоточени четирите девонски сладководни провинции. Всички познати от тогава гръбначни животни са живели до 40^о северно и южно от екватора. В края на девона рибите са достигнали разнообразие почти като сегашното. Голямо измиране на сладководните риби се наблюдава в края на девона, което засяга изцяло остракодермите, както и много плакодерми. Двойнодишащите риби претърпяват много бърза еволюция през девонския период, но в края му намаляват значително. Намерената край бреговете на Австралия съвременна двойнодишаща риба се счита за жива вкаменелост с много аналогични черти на нейните първи прародители от средния девон.

5. Поява на гръбначните на сушата – през средния и късния девон най-големите (дължина до 1m) и най-активните хищници от сладководните риби са били кросоптеригиите (crossopterygians). Те са имали големи хищни зъби и няколко чифта мускулни перки, които са им позволявали да излизат от водата и да се придвижват на сушата. В самия край на девонския период се появяват първите земноводни, които произлизат именно от кросоптеригиите. Техни фосилни останки са намерени в североизточна Гренландия и северозападна Русия. Те са наречени лабиринтодонти и живеят през карбона, перма и триаса, като в края му окончателно измират. Еволюцията на рибите до амфибии е била постепенна (step by step), въпреки че се е извършила в сравнително кратък интервал от геоложко време, за около 10млн. г. Мускулите и подвижните перки са се трансформирали в крака с 7 до 9 пръсти при девонските представители. През ранния карбон те са се редуцирали до 5. при възрастните екземпляри хрилете изчезват, което позволява на амфибиите да бъдат дълго време независими от водната среда.

6. Еволюция на сухоземните растения – първите висши гъби се появяват през ранния силур, а тъканните растения не са познати преди късния силур. Те са имали хоризонтални стъбла, от които са излизали вертикални разклонения със спорови торбички на върховете и са достигали височина до 30cm. В края на ранния девон на вертикалните стъбла са се появили листа. Същинските спорови папрати се появяват през средния девон. Първите семенни папрати, които са имали листа на папрати, но вместо със спори, са се размножавали със семена се появяват през късния девон. Те са предшественици на иглолистните от късния карбон и цикадовите през триаса. През късния девон горската спорова растителност и влажния и топъл климат са предпоставка за образуване на първите въглищни находища. Бързата еволюция на сухоземните фотосинтезиращи растения довежда до нарастването на количеството кислород в атмосферата, започнало от девона и достигнало своя максимум в късния палеозой. Важността на сухоземните растения за насищането на атмосферата с кислород се потвърждава от факта, че днес те произвеждат два пъти повече количество кислород от фитопланктона в океаните, въпреки че площта на съвременните континенти е едва 1/3 от тази на морските басейни. Развитието на растителна покривка на сушата през силура и най-вече през девона води до намаляване степента на ерозия и съответно на привноса на теригенен материал в океанските басейни.

Биогеографски провинции

през средния палеозой

През силурския период такива важни безгръбначни групи, като брахиоподите и граптолитите са били забележително космополитни и голям брой родове и видове са населявали плиткоморските басейни на различните континенти. По време на ранния девон планинообразуването, свързано с появата на стария Червен континент е създало преграда за разселването на организмите. В края на средния девон, в резултат на морска трансгресия безгръбначните по атлантическото крайбрежие на Северна Америка са представени от сходни родове и видове. По същото време следствие на изстудяването на морската вода от течение, идващо от полярните райони в южните окрайнини на Гондвана се формира специфична морска фаунистична провинция от по-студолюбиви организми. В обсега на тази провинция се е намирал басейна на р. Парана, който е бил отделен частично от отворения океан от новообразувани планини в Андийския район. Централнате части на басейна на р. Парана са се намирали на 15^о от Южния полюс, което напълно обяснява липсата на рифостроители, като строматопори, табулати, рогози, бриозои, които са били широко разпространени в плитките морета през девонския период. В тази провинция преобладава мидите-пробивачи, което е характерно за днешната полярна безгръбначна фауна.

Къснодевонското масово измиране е едно от най-забележителното масово измиране през фанерозойския еон, което е станало в края на франския и началото на фаменския век. Споровата растителност на сушата не е била засегната от тази катастропфа. В морските биотопи само 15% от франските брахиоподи преминават във фаменския век. Подобен спад имат и амоноидеите. Изчезват много видове гастроподи и трилобити. Тотален срив преживяват рифостроителите. Те са в разцвет в средния и началото на късния девон, докато през фаменския век останките на табулати, рогози и строматопори са изключително редки. Най-сериозно засегнати от тази биологична катастрофа са организмите, населявали топли тропични води, докато студенолюбивите от басейна на р. Парана не са претърпели никакви изменения. Това води до извода, че едно глобално застудяване вероятно е довело до масово измиране на тропичните таксони. Ледниковият период, който започнал в края на ордовика окончателно приключва по време на късния силур. Гондвана се е преместила далече от Южния полюс и през ранния девон нямаме доказателства за ледникова седиментация. В края на девонския период Гондвана е отново в полярната област, като Южния полюс е бил в Източна Африка. Тогава е започнал нов ледников период, което е вероятната причина за измиране на много топлолюбиви организми.
Минералните ресурси на средния палеозой
Най-важните полезни изкопаеми за силурския и девонския период са медните, оловните и цинковите сулфидни руди. Те се срещат главно като пластови залежи в седименти, отложени в континентални рифтове. Най-големите оловно-цинкови находища от средния палеозой се намират в щата Мисури, в Юкон-Канада и няколко по-малки в Уелс и Ирландия. Последните имат и исторически интерес, защото причината за нахлуването на римските легиони в Британските острови е била за завладяването именно на тези находища.