Глава 2. Геологические факторы формирования биоразнообразия экосистемы Байкала

Говоря о геологических факторах развития гидробионтов Байкала, необходимо, прежде всего, рассмотреть общее расчленение его осадочной толщи и рельефа Байкальской впадины. Оно основано на независимых пакетах данных, корреляция которых позволяет создать общую, не противоречивую картину геологической летописи последних 70 млн лет - времени существования Байкальской впадины. По наблюдениям на суше и в донном разрезе [Хатчинсон и др., 1993] осадочное тело Байкала и рельеф окружающих пространств разделяются на три крупных комплекса и соответствующие этапы его истории: нижний древнейший (70-27 млн лет), средний комплекс (27-3.5 млн лет) и верхний молодой комплекс (3.5 млн лет) - современность. Эти комплексы разделены несогласиями.

В ходе названных этапов природа региона прошла через все преобразования, которые свойственны изменениям на границах существующих сейчас на поверхности Земли географических поясов: от влажных тропиков, влажных и сухих субтропиков до умеренного и арктического поясов. Прошла она и через изменения, происходящие в соответствии с высотной поясностью: от возвышенных пенепленизированных равнин до альпинотипных высокогорий, а также бассейнов - от умеренно глубоких до ультраглубоководных.

Это определило разделение осадочной толщи Байкальской впадины и рельефа на три принципиально различных комплекса, границы между которыми связаны с преобразованиями природы, равносильными геологическим катастрофам, что не могло не сказаться на водном населении бассейнов в Байкальской впадине, на его вымирании и обновлении. Так же как сегодняшним широтным и высотным поясам свойственны свои специфические биоценозы, так и этапам геологической истории Байкальского региона с учетом развития крупных озёрных систем присущи свои особые группы гидробионтов.

Однако изменения на границах этапов происходили не мгновенно, и сколь тотальным ни было вымирание всегда сохранялись рефугиумы (участок земной поверхности, или Мирового океана, где вид или группа видов пережили или переживают неблагоприятный для них период геологического времени, в течение которого на больших пространствах эти формы жизни исчезали), обеспечивавшие преемственность развития биоценозов. Благодаря этому и в современных группах животных наряду с новыми сохранялись реликтовые формы. С этим корреспондируется состав лишайников в горах Прибайкалья. Выяснилось, что среди них содержится большое количество родов и видов тропического и субтропического происхождения. Другая значительная часть лишайников связана эволюционными "корнями" с Древним Средиземноморьем (сухие субтропики). Все эти виды - наиболее древние, реликтовые обитатели, пережившие с "третичного” периода совместно с горами всю историю их формирования. Наряду с ними обычны также обитатели гор (ягель и др.), адекватные современным ландшафтам.

По данным молекулярно-биологических исследований, гидробионты Байкала разделяются на несколько групп [Зубаков, 1999]. Древнейшей является группа, возраст предковых форм которой укладывается в рамки позднего мела - раннего олигоцена (70-30 млн лет). Следующая группа - позднеолигоцен-раннеплиоценового возраста (с 28-30 млн лет). Наиболее многочисленна группа молодых форм позднеплиоцен-четвертичного возраста (от 3.5 млн лет).

Важным дополнением к сказанному служит достоверно установленное как минимум трёкратное вселение в Байкал предков эндемичных проринхид. Их молекулярно-биологическое исследование свидетельствует о возможности четвёртого вселения. Также сложна история формирования фауны турбеллярий. Она включает неоднократные и разные по времени попытки освоения озера. Часть их - остатки древних пресноводных фаун, которые достались Байкалу по наследству от водоёмов-предшественников; другие - молодые группы, предки которых недавно попали в Байкал из окружающих водоёмов.

Современные молекулярно-биологические материалы хорошо согласуются с геологическими данными о древнем начале процессов формирования Байкала, его трёхэтапном развитии, сопровождавшемся обновлением косной и живой природы озера, о переломных этапах этого развития (28-30 и 3.5 млн лет н.). Этап, начавшийся 3.5 млн лет н., завершился созданием современного природного комплекса, в частности ультраглубоководной впадины и ее альпинотипного горного окружения, а также глубоководной фауны. Таким образом, не существует противоречия между древностью бассейна и молодостью большинства форм гидробионтов. Более того, авторы молекулярно-биологических исследований подчёркивают связь преобразований водного населения Байкала с переломными моментами геологической истории.

Рассмотрим преобразования природы Байкальского региона в течение выделенных этапов подробней.

Этап первичного развития прообраза Байкальской впадины и Байкала (Архео-Байкал) и соответственно период первичного заселения водоёмов. Охватывает временной промежуток от 70 до 30-27 млн лет (поздний мел - ранний олигоцен). Вещественные свидетели этого этапа в виде древних элементов рельефа и различных литолого-генетических типов отложений сохранились в верхнем ярусе современного горного окружения Байкала, под покровом третичных отложений во впадинах и в тектонических опусканиях - грабенах [Кайнозой…, 2001].

Климат этого времени - влажный тропический (в оптимуме), субтропический [Синицын, 1967], сравнительно однородный на огромных пространствах Евразии. Территория Прибайкалья была покрыта тропическими лесами [Кайногзойские коры…, 1976]. Это был период теплой биосферы Земли, когда даже в Заполярье существовал мягкий климат. При этом палеошироты были близки к современным [Зоненшайн, 1990]. В рельефе господствовали равнинные ландшафты - пенеплены - с формирующимся покровом латерит-каолинитовой коры выветривания. Его высота над тогдашним уровнем моря в Прибайкалье составляла порядка 600 м. Оценка климатических параметров оптимума (эоцен - 56-35 млн лет): среднегодовая температура 20-23°С, июльские - 27-28°С, январские - не ниже 15°С, количество осадков - 1200-1300 мм/год [Синицын, 1967]. В ходе латеритного (в оптимуме) выветривания алюмосиликаты пород фундамента подвергались глубокому химическому разложению, сопровождавшемуся полным выносом щелочных и щелочноземельных элементов, разложением каолинитового ядра алюмосиликатов, высвобождением свободных оксидов алюминия, железа, кремния. Они накапливались в качестве остаточных продуктов выветривания. Все это определяло неповторимую в последующие эпохи геохимическую специфику ландшафтов.

В Байкальском регионе и далеко к северу от него, даже за пределы Полярного Круга, а также на Востоке - Юго-Востоке расселялись теплолюбивые формы моллюсков Сино-Индийской зоогеографической провинции. Малакофауна этого этапа демонстрирует эоценовый биостратиграфический корреляционный уровень, когда получили распространение крупные озёрные и речные системы равнин позднемелпалеогенового пенеплена. Широкое распространение пресноводных моллюсков на весьма удалённых территориях объясняется их активной миграцией благодаря однотипным климатическим и тектоническим условиям эоценового оптимума кайнозоя.

Таким образом, в то время эта фауна представляла собой межрегиональный компонент, распространённый на огромной территории. Впоследствии в связи с климатическими и орографическими изменениями она вымерла и как реликтовая сохранилась лишь в условиях более молодого - позднеолигоцен-раннемиоценового (27-16 млн лет) крупного озера - Южного Пра-Байкала (см. ниже). В современных озёрах Южного Китая и Индокитая известны двустворчатые моллюски, систематически близкие к моллюскам палеогеновых озер.

В Байкальской впадине (в ее Южной и Средней котловинах) существовали сравнительно крупные озёра с глубинами во многие десятки и даже первые сотни метров. В литодинамическом потоке преобладали мелкоземистые продукты, химический сток обогащался продуктами интенсивного выщелачивания коренных пород. Береговые зоны были отмелыми. Вблизи берегов формировались песчаные пляжи с мелкими кварцитовыми гальками и гравием. Сейчас мы их находим переотложенными в состав пляжей бухт Песчаная, Бабушка и др. За пределами береговой зоны накапливались глинистые каолинитовые илы, подобные харалдайским глинам, иногда с примесью свободных оксидов алюминия, железа, марганца и фосфатов. Среди мелкоземистых отложений Байкальской впадины только верхнемел-палеогеновые осадки содержат большое количество фракции менее 0.001 мм, т.е. относятся к "истинным глинам”. В разрезе дна Байкала отложения этого этапа образуют огромное клиновидное тело, мощностью до 4.0-4.5 км. Это свидетель рифтового поля тектонических напряжений - условий горизонтального растяжения.

За пределами Байкальской впадины простирались низкие выровненные водоразделы, широкие спокойные реки, неглубокие впадины. Реликты этих форм и связанных с ними отложений известны в Прибайкалье. Особенности распространения различных генетических типов отложений указывают, что уже в то время наметились основные орографические элементы, свойственные современному Байкальскому рифту [Кайнозой…, 2001]. Особенности рельефа и форма осадочного тела Архео-Байкала свидетельствуют о резком ослаблении вертикальных тектонических движений и о интенсивных растягивающих горизонтальных напряжениях. Это проявилось на огромных территориях Евразии и имело характер глобального события.

В Байкальском регионе данные об архео-байкальских гидробионтах отсутствуют. На суше Прибайкалья известны находки позднемел-палеогеновых палинокомплексов. Аналогичные спорово-пыльцевые спектры известны и в Байкальской впадине. Кроме того, обнаружены остатки континентальных мелких млекопитающих среднего олигоцена.

Данные молекулярно-биологических исследований современных форм свидетельствуют, что корни части водной фауны Байкала связаны с этой весьма отдаленной эпохой.

Начальный этап изоляции Байкальского региона, развитие Пра-Байкала.

С середины раннего олигоцена (около 30-27 млн. лет) стали расти орографические преграды и впадины в Центральной Азии, в том числе и в Байкальском регионе. Началось эрозионно-денудационное расчленение пенеплена и формирование рельефа, пологосклонные реликты которого были экспонированы главным образом на водораздельных пространствах, а осадки слагают значительную часть разреза донных отложений Байкальской впадины. Одновременно наступило глобальное похолодание, и с дифференциацией климата возникла основа современной широтной климатической зональности. Существовавшие ранее связи Прибайкалья с ареалами тропических фаун были прерваны, однако с восточными территориями сохранялись.

Климат стал субтропическим, сначала влажным, а затем, с середины миоцена (17-15 млн. лет) - аридным-семиаридным. В конце олигоцена - начале миоцена среднегодовые температуры составляли примерно 15-20°С, а со второй половины миоцена климат был как в современных сухих субтропиках Средиземноморья: среднегодовые температуры - 15-14°С, температуры июля - 27-24°С, января - 10-14°С, количество осадков - 400-600 мм/год.

Изменился характер выветривания, прекратилось образование латеритных и каолинитовых (в массе) минералов. Выветривание доходило до гидрослюдисто-монтмориллонитовой стадии. В составе выветренных коренных пород сохранялись некоторая часть щелочных и щелочноземельных элементов, а также оксиды алюминия, железа, уменьшилась миграционная способность кремнезёма, фосфатов. Соответственно изменился состав химического стока. Начали формироваться будущие горные цепи, крупные впадины, что в итоге привело к возникновению изолированных и полуизолированных биотопов.

В области водосборов усилился эрозионно-денудационный снос. Тальвеги водотоков глубоко прорезали пенеплен и достигали неизмененных пород фундамента. Соответственно в бассейны седиментации наряду с продуктами химического выветривания поступали неизмененные или слабо измененные фрагменты алюмо-силикатных коренных пород, хотя местами, в частности на Ольхонском блоке, преобладали продукты химического выветривания. Это обусловлено местной спецификой режима тектонических движений. Изменился механический состав осадков - частицы алевритовой размерности (0.1-0.01 мм) преобладали над глинистыми (менее 0.01 мм). Таким образом, с этим этапом связаны коренные преобразования палеоландшафтов, их климатические, флористические и гидрологические характеристики, состав и характер химического и твёрдого стока. Особенно значительными изменения стали со второй половины этапа, когда проявилась аридизация климата.

Всё это привело к повсеместному вымиранию теплолюбивых биот предшествующего этапа. Лишь в начале рассматриваемого этапа в крупном водоёме Южного Пра-Байкала сохранялась малакофауна, родственная формам Сино-Индийской зоогеографической провинции - семейства Baikaliidae, Benedictiidae и др. Её богатое местонахождение изучено на р. Половинка на Южном Байкале, тогда как за его пределами она полностью вымерла. Расхождение общих предков названных семейств имело место во время предшествующего этапа. Это наглядно иллюстрирует процесс превращения форм, широко распространённых на окружающих пространствах, в реликтовые эндемичные под воздействием геологически обусловленных преобразований природы.

В Байкальской впадине существенно дифференцировались биотопы. В Южно-Среднебайкальской впадине сформировалось крупное озеро с глубинами 400-500 м, которое может быть названо Южного Пра-Байкал. Это прямой предшественник современного Байкала. Глубоководное бурение подтвердило наличие крупного бассейна, по крайней мере с середины миоцена. Южные границы Южного Пра-Байкала располагались в непосредственной близости от современный. В подножие Пра-Хамар Дабана приглубые прибрежные зоны, где накапливались грубообломочные отложения (осиновская свита) [Кайнозой…, 2001], сменялись отмелыми мелководьями с мягкими глинисто-алевритовыми грунтами на дне, которые временами заболачивались. Там формировались зоны с недостатком кислорода, в которых накапливались торфяники (теперь это бурые угли), сапропелевые и глинисто-алевритовые илы с растительными макроостатками, обильными выщелениями вивианита (закисно-железистый фосфат) и с резким запахом сероводорода (танхойская свита и верхи осиновской). Такие обстановки господствовали на периферии. В открытом бассейне при преобладающей спокойной седиментации накапливались органогенно-глинисто-алевритовые илы. Время от времени она прерывалась лавинной седиментацией, обязанной деятельности мутьевых потоков, и накапливались турбидиты.

В районе современной дельты р. Селенги в Пра-Байкал впадала крупная речная артерия. Здесь сформировалась мощная линза дельтовых песчано-галечных осадков. Их аналоги выполняют переуглубленное русло Селенги. На севере Южного Пра-Байкал оканчивался между сухопутьями ныне подводного Академического хребта, соединенного с Ушканским порогом и Святым Носом. На месте гор Святого Носа располагалась низменная суша. К ней прилегала отмелая зона, и там накапливались пески, илы, торфяники, ныне отложения верхнемиоценнижнеплиоценовой (10-3.5 млн. лет) южно-святоносской свиты. Противоположное северо-западное прибрежье было приглубым, образованным ступенчатым эскарпом Ольхонской разломной зоны. На поверхности отдельных ступеней формировались мелководья. По-видимому, разрез такого мелководного участка вскрыла в призабойной части скважина BDP-98 [Кузьмин и др., 2001].

В районе северного окончания Южного Пра-Байкала в него впадала крупная речная артерия. Её дельтовые отложения установлены сейсмопрофилированием, предполагают, что они образованы в связи с деятельностью Пра-Баргузина, который впадал в озеро через Чивыркуйский залив, но мне представляется более вероятным связывать формирование этой дельты с Пра-Верхней Ангарой. Северобайкальская впадина в юго-западной половине в палеогене и первой половине миоцена оставалась суходольной. Лишь в её северной части был бассейн - Севрный Пра-Байкал, но по своим параметрам он вряд ли сравним с Южным Пра-Байкалом. В районе юго-западного окончания Северобайкальской впадины существовали разрозненные ранне-среднемиоценовые озёра, большей частью бессточные. Их наличие установлено на дне Малого Моря, на Академическом хребте, на о. Ольхон и в районе с. Кочериково. Временами эти озёра заболачивались, и в них накапливались торфяники (свидетели гумидизации климата). Иногда за счёт испарительной концентрации в условиях засушливого климата их солёность увеличивалась, и воды отличались повышенной концентрацией карбонатов и сульфатов (свидетели аридизации), что приводило к карбонатности отложений, их гипсоносности. В озёрах обитали обильная ихтиофауна (в том числе осетр); черепахи, моллюски, диатомовые водоросли. Многочисленны были водоплавающие птицы. На берегах жили и приходили на водопой мелкие и крупные млекопитающие.