розкопки | Журнал Популярна Механіка

1. Золотий обман
2. підступні ями
3. Точно, як в аптеці
4. Подарунок в пустелі
5. Пироги на розкопках
6. Битва з каменем
7. Внесок могильників в науку
8. Скульптори і художники
9. Крокоділостраус

Палеонтологія - наука про всю сукупність давньої зниклої життя. Вчених цікавлять і скам'янілі останки крихітних молюсків, і сліди бактерій, які жили сотні мільйонів років тому, і пилок неймовірно давно відцвілих рослин. Але все ж ніщо так не вражає нашу уяву з самих дитячих років, як дивом збереглися скелети стародавніх хребетних тварин.

Розглядаючи цих зубастих страховиськ в вітринах музеїв, будь необізнаний обов'язково поцікавиться: як сталося так, що ці загадкові кістки пережили десятки мільйонів років? Як їх вдалося знайти? Як з розрізнених останків збираються цілі скелети? І нарешті, чи дійсно те, що ми бачимо в музеях, - справжні кістки доісторичних ящерів і ссавців? Щоб відповісти на всі ці питання по порядку, нам доведеться насамперед звернутися до тафономії - поддісціплін палеонтології, що займається питаннями виникнення і збереження залишків найдавніших істот в геологічних шарах.

Одним з корифеїв вітчизняної палеонтології і фактичним засновником і систематізатором тафономії був Іван Антонович Єфремов (1907-1972), в основному відомий широкій публіці як письменник-фантаст, автор безсмертної «Туманності Андромеди». Тафономія описує послідовність і закономірності виникнення поховань залишків тварин і рослин.

На фото зліва - розпили скам'янілих раковин амонітів. Праворуч - рука людини і кисті лап стародавньої тварини, «зібрані» зі скам'янілих кісток.

Спочатку біоценоз - співтовариство сучасних один одному живих організмів - дає початок танатоценози - сукупності померлих істот. Як правило, під впливом хімічних і біологічних агентів останки цих організмів розкладаються і зникають без сліду: м'які тканини з'їдаються падальщиками і мікроорганізмами, а кістки зотлівають в труху. Але якщо органічні останки, складові танатоценози, покриваються опадами (наприклад, мулом або піском), то виникають умови для тривалого поховання, або тафоценоза. Осад припиняє доступ кисню, захищає від впливу інших хімічних чинників і перешкоджає поїдання залишків «сусідами» по харчовому ланцюжку.

Золотий обман

Красиві розпили скам'янілих раковин амонітів, що відливають перламутром і навіть золотистим металевим блиском стали вельми популярними сувенірами. Але мало хто знає, що ця краса - справжній бич палеонтологів.
Пірит (FeS2) - мінерал, званий іноді «хибним золотом - входить до складу скам'янілостей, що утворюються у водних відкладах при наявності заліза і закисной середовища (практична відсутність кисню). Перебуваючи всередині породи, фоссилий здатна пережити мільйони років. Однак як тільки її витягують зовніш, і скам'янілість входить в контакт з киснем повітря, пірит починає розкладатися. Виникають оксиди заліза, а якщо всередину скам'янілості потрапляє ще і вода, утворюється сірчана кислота. Обидва ці хімічні сполуки неминуче призводять до руйнування цінної знахідки.
Скам'янілі амоніти досить часто зустрічаються в морських відкладеннях і збереження окремих екземплярів не так уже й важливо для науки. Однак серед «уражених» пиритом скам'янілостей зустрічаються і справді унікальні знахідки, наприклад черепа морських ящерів. Втрата такого експоната для дослідників і палеонтологічних музеїв завжди дуже чутлива. Зрозуміло, робляться більш-менш вдалі спроби консервації фоссилий, що містять пірит. Щоб припинити доступ кисню, їх покривають шаром прозорого клею або лаку. Однак гарантованого способу збереження таких скам'янілостей поки не знайдено.

Згодом м'який осад переходить в гірську породу, потім зверху з'являються нові нашарування, і поступово починається процес перетворення похованих залишків в скам'янілості (скам'янілості). Органіка вимивається з кісток циркулюючими в породі грунтовими водами і замінюється присутніми в цих водах солями. Для рослинних залишків має місце процес обвуглювання.

Чим древнє залишки, тим менше в них органічної речовини. Якщо в четвертинних відкладеннях ще збереглося, наприклад, справжнє м'ясо мамонтів, то для істот, що жили на Землі, скажімо, в крейдяний або юрський періоди, ні про які органічних залишках мови бути не може, так що клонування динозаврів з викопного ДНК - це доля не зовсім наукової фантастики.

підступні ями

Скам'янілі рештки морських організмів можна зустріти практично повсюдно, де колись плескалися води древніх океанів, в тому числі в Москві і Підмосков'ї. Це не дивно - морське дно постійно покривається шарами осаду, який створює умови для поховання водної флори і фауни. Набагато гірша справа з континентальної живністю. Труп тварини, який помер в густому лісі, швидше за все, повністю зникне. Шанс палеонтологам дають річки і озера, де донні опади можуть поховати рештки мешканців цих водойм або тварин з прибережного ареалу. Але що це будуть за залишки? Швидше за все, під мулом або піском виявляться лише недоїдені і недоглоданние фрагменти скелета, окремі кістки та черепи, які не дадуть повного уявлення про давнє тварину. Щоб в поховання потрапив цілий скелет або навіть частини м'яких тканин рептилії або ссавця, потрібно воістину щасливе для вчених збіг обставин. Тіло тварини має бути покрито осадом відразу після загибелі і в дуже короткий термін.

Точно, як в аптеці

Далеко не завжди скелети доісторичних істот, які ми бачимо в експозиціях музеїв, складені зі справжніх скам'янілих кісток.
Часом копіями або реконструйованими елементами замінюється частина скелета, іноді він повністю виконаний з гіпсу або пластику. Невже нас обманюють? Ні в якому разі. І реконструкції, і зліпки з фоссилий виконані з науковою точністю і достовірно передають вигляд реальних кісток. Просто іноді, наприклад, з міркувань збереження унікальних знахідок їх не виставляють в експозиції, а замінюють зліпком. Крім того, музеї часто «обмінюються» експонатами, передаючи один одному їх точні копії.
Процес виготовлення зліпка - досить трудомісткий процес. Спочатку кістка ставлять на підставку з пластиліну, так, щоб назовні виступала тільки деяка її частина. Потім ця частина заливається гумовою масою, яка застигає під дією затверджувача. Зверху на гуму наноситься товстий шар гіпсу. Коли застигає гіпс, протилежна сторона кістки виймається з пластиліну, кістка перевертається і заливається гумою, а потім і гіпсом, але вже з іншого боку. Виходить щось на зразок гіпсового валуна, що складається з двох половинок. Коли розчини остаточно застигають, половинки рознімаються, скам'янілість витягується, а всередині залишаються дві частини гумової форми для майбутнього зліпка. Гіпсові половинки знову зводяться разом і через технологіческре отвір усередину гумової форми закачують спеціальну піну (нагадує монтажну) або, як було раніше, рідкий гіпс.
Застигаюча піна розширюється і заповнює собою всі найдрібніші порожнини форми. У реальності, якщо кістка має складний профіль, форма може складатися не з двох, а з більшої кількості частин. Коли зліпок затвердіє, його очищають від облоя, а потім спеціально підготовлені художники розмальовують копію, точно відтворюючи текстуру кістки. На вигляд цей зліпок практично не відрізняється від скам'янілості, тільки важить в кілька разів менше.

Знамениті місцезнаходження (саме так в науці іменуються поклади стародавніх скам'янілостей) в Китаї, де виявлені відбитки пір'я і м'яких тканин птерозаврів, змогли виникнути в результаті свого роду «мезозойських Помпей», коли великі території виявилися майже миттєво засипані вулканічним попелом. Інші унікальні приклади - поховання туш мамонтів у вічній мерзлоті або знамениті асфальтові ями ранчо Ла-Брея неподалік від Лос-Анджелеса. Десятки тисяч років тому величезні слони і мастодонти грузли в в'язкому липкому гудроні, на їх крики збігалися леви і шаблезубі тигри. Але ні хижакам, ні їх жертвам уже не судилося вирватися з пастки - безліч найрізноманітніших тварин виявилися цілком похованими в Ла-Брея, який став справжнім місцем паломництва палеонтологів всього світу.

Подарунок в пустелі

Пошук цікавих залишків на кшталт скарбів, в якому важливу роль відіграють як науковий розрахунок, так і досвід і інтуїція. Зрозуміло, є добре розроблені методики, що дозволяють припустити, в яких саме місцях і геологічних шарах потрібно шукати залишки тих чи інших тварин або рослин минулих епох. Якщо нас цікавлять морські ящери, то треба обстежити чорні юрські глини морського походження. Зуби стародавніх акул, корали або морські лілії логічно пошукати в вапняках кам'яновугільного періоду, тих самих, з яких склали білокам'яної Москви. Перш за все палеонтологів цікавлять осадові породи, так як припустити наявність залишків тварин або рослин в породах, сформованих розпеченій магмою, практично неможливо - там все згоріло дотла.

Якщо відомо, що в даному районі знаходяться, наприклад, відкладення, що цікавить нас пройшла геологічної епохи - наприклад, пісковики або вапняки, то туди відправляється розвідувальна експедиція і палеонтологи обстежують всі геологічні оголення, тобто місця, де дана порода виходить назовні. Це можуть бути кар'єри, яри або високі береги річок. Після того як в осадової породи будуть виявлені сліди скам'янілостей, можна починати розкопки.

Пустеля Гобі, де ще сам Єфремов організував після Великої Вітчизняної війни радянсько-монгольську експедицію, - ідеальне місце для палеонтолога. Там вода і вітер мільйони років не давали нарости шару грунту і виникнути рослинності, так що практично вся площа пустелі - це оголене дно крейдяного озера. Кісткові залишки крейдяний фауни - в основному динозаврів - лежать там майже біля самої поверхні, і саме в Гобі були зроблені видатні знахідки - цілі скелети великих ящерів. Однак такі подарунки природа робить вченим нечасто, і в ході розкопок доводиться знімати верхні шари грунту і породи, щоб дістатися до так званого костеносних шару.

Але знайти кістки або, якщо пощастить, навіть цілий скелет - це півсправи. Інша половина - витягти залишки з породи, та так, щоб вони залишилися в цілості й схоронності. Нечасто трапляється, що кістка можна просто витягти з грунту, не пошкодивши і не зламавши її. Скам'янілості часто досить точно відтворюють будову кістки - більш твердий зовнішній шар, губчаста маса або порожнину всередині. Зберігаються навіть найдрібніші отвори, через які проходили кровоносні судини або нерви, що дає палеонтологам дуже цінну інформацію про будову стародавнього організму. При цьому, однак, сама скам'янілість по міцності може значно поступатися реальною кістки. Деякі скам'янілості не просто ламаються, але навіть розсипаються на порох від найменшого дотику.

Пироги на розкопках

Перш ніж намагатися так чи інакше витягти кістку з породи, яка виступає частина скам'янілості піддають просочення - процедурі, мета якої зафіксувати і зцементувати форму. Для просочення використовується 10% -ний розчин клею - зазвичай застосовується клей поліхлорвінілбутіраль. Піпеткою або гумової клізмочку розчин акуратно наносять на поверхню скам'янілості. Оскільки просочення має невелику в'язкість, вона проникає через пористу структуру скам'янілості всередину, що надає їй міцність.

Якщо порода, навколишнє скам'янілість, досить м'яка і рихла, можна спробувати витягти з неї кістка прямо на місці розкопок. Але це вдається нечасто - у багатьох випадках навколишнє фоссилий порода не поступається, а то й перевершує її за твердістю. Тоді скам'янілість витягають із землі разом з частиною породи, а остаточну її очищення, або препаровку, проводять вже не в польових умовах, а в лабораторії.

У цьому випадку використовується технологія «пирога», або гіпсового футляра. Виступаючу частину скам'янілості просочують, обкопують, контурних, потім на неї акуратно накладають папір, щоб гіпс не прилип до кістки, потім обмотують тонкою тканиною, просоченою рідким гіпсом. Процедура ідентична тій, що проробляють хірурги зі зламаною рукою або ногою пацієнта, щоб зафіксувати кістку.

Кам'янисті пустелі типу Гобі - справжній подарунок для палеонтологів. Тут вода і вітер перешкоджають утворенню ґрунту і рослинності. Ерозія оголює шари стародавніх геологічних епох і кістки доісторичних тварин виявляються буквально на поверхні (зліва). На фото праворуч - всередині конкреції видно мала гомілкова кістка аллозавра, який жив приблизно 150 мільйонів років тому. Знахідка зроблена в Португалії.

Коли гіпс застигне, потрібно приступити до відділення нижньої сторони кістки від нижележащей породи. Для цього навколо кістки роблять поглиблення в 10-15 см, а потім поступово вибирають породу знизу - з таким розрахунком, щоб знизу до кістки залишалося 5-6 см. Коли це зроблено, потрібно обережно повернути кістка гіпсом вниз, зняти зайву породу, просочити виступаючу частина кістки клейовим розчином, потім обкласти папером і обмотати просоченої рідким гіпсом тканиною. Такий гіпсовий «пиріг» придатний для транспортування скам'янілості в лабораторію.

Якщо ж ставиться завдання вийняти з землі міцно застиглий в породі цілий скелет, іноді використовують метод моноліту. Учасники розкопок позначають прямокутна ділянка, всередині якого скелет поміщається цілком, і викопують по його периметру канавку, куди вставляють дерев'яні дошки, щось на зразок опалубки. Скелет або кістки також обкладають папером, заливають гіпсом, а весь моноліт зверху забивають дошками, щоб вийшов міцний ящик. Потім з-під ділянки вибирають породу і витягують всю прямокутну брилу з грунту, її низ також заливають гіпсом і забивають дошками знизу. Відомі випадки, коли моноліт мав розміри 3х4 м, так що підняти і транспортувати його можна було тільки за допомогою важкої техніки - крана і вантажівки. Це складна і досить ризикована операція - адже під лежачим нагорі скелетом цілком можуть виявитися інші цінні скам'янілості, які неминуче будуть пошкоджені.

Битва з каменем

Препаровка - цим не дуже звичним на слух терміном позначається складний процес відділення породи від скам'янілості. Співробітник препараторській майстерні повинен поєднувати в собі знання вченого, точність рухів хірурга і навіть талант скульптора.

Існують два основних способи очищення кісток від породи: хімічний та механічний. Хімічний спосіб заснований на відмінності хімічних властивостей скам'янілості і навколишнього її породи. Якщо порода містить карбонатний (вапняний) цемент, то його можна розчинити в п'ятдесяти процентної оцтової кислоти. При цьому кістка початково має фосфатну мінеральну основу і до оцтової кислоти в цілому стійка. Однак хімічний спосіб слід застосовувати з великою обережністю, так як фоссилий може також містити інші мінеральні солі, і тоді разом з породою почне руйнуватися і вона. Крім того, якщо мова йде, наприклад, про ажурному черепі, всередині якого порода може виконувати цементуючу функцію, хімічна препаровка здатна порушити цілісність знахідки. Втративши скріплює основи, череп розсиплеться по лініях мікротріщин.

Механічний спосіб, як це випливає з назви, припускає механічний вплив на породу. Як найпростіших інструментів можуть виступати молоточок, маленьке зубило, швейне шило і пензлик або зубна щітка. Витягувати кістки з породи треба дуже акуратно, зі знанням анатомії древніх ящерів і з чуттям скульптора, який бачить камінь зсередини і відсікаючого тільки зайве. Невірний удар молотком по зубилу або різкий натиск препараторській голкою можуть пошкодити унікальний зразок - розкришити край кістки або залишити подряпину на її поверхні. В інших випадках, коли кістка зібрана в експедиції в вигляді купи уламків, перед препаратором варто також непросте завдання - зібрати і склеїти цю тривимірну мозаїку. Спочатку виробляють детальний огляд осколків. Розглядають характер зламів, наявність плям, елементів текстури - всі ці дані допоможуть знайти сусідній елемент палеонтологічного «пазла». З дрібних уламків спочатку збирають і склеюють більші фрагменти, і лише потім з них проводиться остаточна «збірка». Сьогодні, зрозуміло, в арсеналах препараторських майстерень є і більш досконалі інструменти. Наприклад, мініатюрні відбійні молоточки. До них випускається велика кількість насадок, деякі з них здатні довбати навіть так звані конкреції - згустки щільної породи, які виросли навколо кістки, яка стала для них центром кристалізації. Наприклад, кремнієві конкреції практично не піддаються впливу сталевих інструментів, але насадки з твердих сплавів цілком з ними справляються. Інший інструмент сучасної препараторській майстерні - мініатюрний пескоструй, що викидає під впливом стиснутого повітря струмінь дрібного абразиву, наприклад соди або тальку.

Внесок могильників в науку

У 1899 році професор Варшавського університету Володимир Прохорович Амаліцкій приступив до дослідження русла древньої річки в містечку Соколики на Північній Двіні. Там він виявив близько десятка цілих кістяків найдавніших травоїдних і хижих ящерів - парейозавров і іностранцевія. Залишки рептилій, що жили дві з половиною сотні мільйонів років тому, були міцно вмуровані в міцну конкреції. Вчений доставив костеносних шматки породи в Варшаву і, не бачачи іншого способу отримати кістки з твердого каменю, звернувся до цвинтарним каменотесам, фахівцям з могильним плитам і пам'ятників. Майстри погодилися допомогти професору і буквально видовбали кістка за кісткою унікальні скелети. Не завжди точно, з деякими втратами, але результат був досягнутий. Колекція потім була відправлена ​​до столиці Російської Імперії - Петербург, а вже за радянської влади її перевезли в московський Палеонтологічний інститут, де сьогодні з нею може познайомитися кожен бажаючий.

Обробка скам'янілості проводиться в спеціальній камері з прозорими стінками, до бічних отворів якої приєднані «рукава», - в них співробітник лабораторії просмикує руки. Все це чимось нагадує застосовувався в колишні часи фотографами ящик для перезарядки плівки в темряві, тільки «рукава» захищають не від світла, який міг би проникнути всередину, а від абразивного пилу, яка неодмінно вилітала б назовні. Це досить дорогий спосіб обробки фоссилий - і не тільки через те, що сама апаратура коштує недешево, але і тому, що абразивні порошки (також дорогі) швидко витрачаються і не можуть бути використані повторно. Однак обробка міні-пескоструем дає можливість відокремлювати породу від кістки делікатно і дбайливо. Цей спосіб фактично імітує природне вивітрювання - адже багато оголення кісткових останків в природі з'явилися в результаті роботи вітру, роками і століттями обробного грунт піщаної суспензією.

Робота препаратора таїть в собі не тільки численні складності, але і ризики. Справа в тому, що в деяких фоссилий органічний матеріал заміщається солями радіоактивних металів. Існують навіть копалини кістки, з якими просто небезпечно працювати, і їх відправляють у спеціальні сховища. Однак, навіть працюючи зі злегка «Фоня» знахідками, препаратор повинен вживати заходів обережності - зокрема, надягати респіратор, щоб не наковтатися радіоактивного пилу.

Скульптори і художники

Непосвячений годинами може розглядати копалини кістки, але так і не зрозуміти хоча б приблизно, якій тварині вони належать і з якої частини скелета відбуваються. Істинну наочність робота палеонтологів набуває на етапі монтування. Перш ніж змонтувати із зібраних кісток скелет, їх треба розкласти в правильному порядку і оцінити, що ж у цьому наборі не вистачає. Оскільки, як уже говорилося, цілий зчленований скелет - вкрай рідкісна знахідка, доводиться вдаватися до скульптурної реконструкції окремих кісток. Тут палеонтологічна наука вперше зустрічається з мистецтвом. Як правило, в штаті музеїв і інститутів є скульптори-реставратори. Володіючи потрібними знаннями і талантами, вони здатні виготовити відсутні кістки або їх частини. Зрозуміло, за основу беруться якісь зразки. Наприклад, якщо у тварини збереглися скам'янілі залишки правої лапи, а ліва загубилася в товщі часів, скульптор відтворює праву лапу в дзеркальному відображенні. Якщо не вистачає хребця, з гіпсу або пластику ліпиться щось середнє між сусідніми хребцями.

Потім мистецтво пластичне поступається місцем мистецтву образотворчого. Художник за ескізом вченого малює загальну картину-схему скелета. Тут багато що залежить не тільки від уяви художника, а й від сучасних наукових уявлень. Ось характерний приклад. У московському Палеонтологічного інституту РАН скелети тарбозавров (родичів легендарного тиранозавра) поставлені майже вертикально на задні лапи, їх довгі важкі хвости лежать «на землі». Приблизно до середини минулого століття вважалося, що ці хижі динозаври - повільні рептилії, що ходили вертикально і волочили хвіст за собою.

Залишки стародавніх чудовиськ, які населяли Землю десятки мільйонів років тому, практично злилися з каменем - потрібно величезна праця, щоб відняти їх у вічності.

Крокоділостраус

Однак ще в XIX столітті деякі палеонтологи помітили, що задні лапи динозаврів майже ідентичні пташиним, кістки їх порожнисті, вони поставлені вертикально, а стегно має медіальну головку. І ще. Там, де виявлені сліди задніх лап того ж тарбозавра, немає слідів хвоста, хоча якщо він волочився по землі, то сліди неминуче повинні були залишитися. Все це врешті-решт навело на думку про те, що тварини ці пересувалися подібно до страуса, тримаючи тулуб горизонтально. Хвіст же використовувався як противагу важкої передньої частини тулуба і залишався на вазі. Тепер в науці домінує думка про те, що динозавр за своєю будовою і біомеханічних типу є чимось середнім між своїми найближчими родичами - крокодилами - і птахами, так що в сучасних музейних експозиціях скелети цих ящерів ставлять «по-страусиному», горизонтально.

Для складання скелета спочатку робиться металева опора, каркас. Вона включає в себе вертикальну стійку, усунув штабу або трубу, що йде паралельно хребетного стовпа, - «бочку» для ребер. Якщо скелет збирається не з справжніх кісток, а з їх копій, зліпків, то металеву арматуру пропускають через отвори в муляжах кісток. З автентичними скам'янілостями доводиться бути обережніше. Ніяких отворів - зміцнюють скелет конструкції йдуть паралельно кісток і обжимают. Витонченіше виглядають змонтовані кістяки, які тримаються як би самі по собі, без вертикальних стійок, однак таке можливо лише при невеликих розмірах тварини. Не слід забувати, що скам'янілості - це камінь, і вага їх дуже істотний. Наприклад, черепа великих динозаврів, як правило, є точними копіями, зробленими з легких матеріалів типу дерева або пластику. Для утримання важкої брили на висоті довелося б робити спеціальну потужну стійку, що зашкодило б загальному вигляду експоната.

Як визначити, чи правильно змонтований кістяк? Таким було в реальності реконструйоване тварина? Адже траплялися в історії палеонтології казуси, коли помилково з кісток різних тварин створювалися справжні химери. Насправді відповісти на ці питання зі стовідсотковою впевненістю не завжди можливо. Коли мова йде про епохи, віддалених на десятки або навіть сотні мільйонів років, місце для невизначеності залишиться завжди. Важливо лише пам'ятати, що в природі все гармонійно і доцільно, в ній немає місця безглуздості. І якщо на вигляд отриманий результат не справляє враження чогось потворного і штучного, значить, як підказує інтуїція дослідника, істина десь поруч.

Андрій Герасимович Сенніков - кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Палеонтологічного інституту ім. А.А. Борісяка РАН.

Редакція дякує керівництву і співробітникам Палеонтологічного інституту РАН (Москва) за сприяння в підготовці даного матеріалу

Стаття опублікована в Журналі «Популярна механіка» ( №4, Грудень 2009 ).