25.03.2021

Роль известковистого наннопланктона (кокколитофорид) в образовании морских карбонатно-углеродистых формаций


Работами последних лет показано широкое распространение карбонатно-углеродистых формаций в докембрийских и фанерозойских отложениях и установлено, что эти формации представляют собой особый тип в ряду углеродистых формаций как с точки зрения концентрации в них полезных ископаемых, так и с точки зрения специфичности условий их образования и поведения в процессе метаморфизма.

При изучении карбонатно-углеродистых формаций исследователи, как правило, основное внимание сосредоточивали на доказательстве биогенной природы углеродистых соединений в породах (особенно для докембрийских толщ) и в меньшей степени на установлении роли биогенного фактора в образовании самих карбонатов. Открытие в последние годы широкой породообразующей роли мельчайших (от 1—2 до 10—15 мкм) простейших одноклеточных растений — кокколитофорид, имеющих фрагментарный кальцитовый скелет, значительно расширили наши представления о природе карбонатов в морском осадконакоплении, а установление в скелетной матрице ультрамикропроявлений керогена дает возможность более достоверно судить об источнике сохранившегося в породах органического вещества (OB).

Причина столь позднего открытия (последние 20—25 лет) породообразующей роли кокколитфорид заключалась в том, что, будучи существенно меньше подавляющего большинства одноклеточных организмов, они при обычных гидробиологических исследованиях структуры биомассы водоемов на учитывались, хотя еще в 1923 г. В.И. Вернадский писал, что в морской воде, анализ которой сейчас производится, всегда содержатся мельчайшие организмы — бактерии, наннопланктон и т.п., которые проходят через все фильтры, употребляемые при взятии пробы воды для химического анализа. Обычно считается, что количество этого микроскопического мелкого рассеянного живого органического вещества, остающегося в анализируемой воде, ничтожно. Далее он отмечал, что в действительности анализы морской воды, которые мы имеем, не дают ни состава косной, мертвой части, морской воды, ни реально существующей в природе морской воды, всегда пропитанной жизнью. Они представляют искусственную величину, выражающую состояние наших знаний, а не выяснение реального явления природы.

Это положение В.И. Вернадского полностью потдвердилось. Так, последними океанографическими исследованиями установлено, что на долю кокколитов в некоторые сезонные периоды приходится до 50% и более биомассы. Особенно велика численность кокколитофорид вблизи берегов океанов (на шельфе) и во внутренних водоемах, где она достигает часто 1 млн. клеток на 1 л воды. Иногда наблюдаются и большие концентрации. Своеобразный рекорд был зафиксирован в одном из фиордов Скандинавии, где наблюдалась концентрация кокколитофорид до 37 млн. клеток на 1 л. В другие годы в этом же фиорде наблюдались концентрации до 10 млн. и более.

Проведенные С.Н. Голубевым приближенные расчеты показали, что при благоприятных условиях кокколитофориды могут обеспечить весьма высокую скорость осадкообразования — до 10 см в 1000 лет при расчете на породу удельным весом 2 г/см3. Ho в действительности, как отмечалось и самим С.Н. Голубевым, такие высокие темпы образования кокколитовых илов в настоящее время не наблюдаются. Скорость накопления биогенных известковистых илов варьирует от 0,4 до 1 см в 1000 лет. Вероятно, это связано с тем широкоизвестным фактом о том, что кокколиты большинства видов растворяются вскоре после гибели организмов. Из 200 известных современных видов кокколитофорид лишь 30—40 видов способны сохраняться в осадках, остальные либо крайне редки, либо почти полностью разрушаются сразу после отмирания организма.

Несмотря на проведенные исследования наннопланктона в современных морских акваториях, оценить роль кокколитофорид в литогенезе в планетарном масштабе трудно, но можно считать вполне достоверным их широкое участие в накоплении карбонатных пород. Так, установлено, что целый ряд современных морских и океанических осадков представляет собой чистейшие кокколитовые илы. К примеру, выяснилось, что карбонатные осадки Черного моря, считавшиеся ранее хемогенными, по существу нацело состоят из кокколитов. По оценкам различных авторов, писчий мел на 50—90% сложен кокколитами и их обломками. Некоторые токозернистые известняки мелового возраста Бельгии, Франции, Англии включают до 80% мелких кокколитофорид.

Существенно отметить установление факта вторичного окремнения кокколитов в голоценовых осадках Черного моря, а также способности их интенсивно адсорбировать на своей поверхности глинистые частицы, что позволяет глубже вникнуть в процесс образования смешанных кремнисто-карбонатных и глинисто-карбонатных осадков, а также, что немаловажно, понять причину сохранности кокколитов в агрессивных условиях сероводородного заражения, в которых, по современным представлениям, происходило накопление OB.

Органическое вещество в кокколитофоридах заключено в цитоплазме и в скелетных образованиях — кокколитах, представляющих собой сложные минерально-органические соединения, которые в слабощелочной среде приобретают вполне определенные черты сходства по физико-химическим параметрам с керогеном горючих сланцев. К числу их относятся: высокая химическая устойчивость (соляная и плавиковая кислоты не оказывают видимого разрушающего воздействия); горение кокколитов при воздействии повышенных температур (результаты воздействия видны в электронный микроскоп); отсутствие кристаллической структуры (подтверждается методами электронной дифракции).

В настоящее время можно считать доказанным присутствие керогеноподобных органических соединений в кокколитовых илах четвертичного (Черное море) и палеогенового (Атлантический океан) возраста на том основании, что при воздействии на кокколиты из этих отложений соляной кислотой (концентрация не выше 0,01%) из целого ряда экземпляров извлекалось OB, по общей своей форме напоминающее кокколиты и обладающее указанными выше свойствами.

Опытным путем установлено, что для частичного растворения десятимикронных кокколитов в течение года концентрация соляной кислоты должна измеряться долями процента. Полное медленное растворение их может происходить при определенных условиях и в природе в ходе длительных геологических процессов. Этим, видимо, и объясняется факт обнаружения обособленного керогеноподобного компонента с волокнистым строением в голоценовых осадках Черного моря.

Образование керогеноподобного вещества из OB кокколитов именуется как "полимеризация", "дубление" или "частичное обугливание". Этот процесс был воспроизведен С.Н. Голубевым на культуре при воздействии на нее слабощелочными растворами, что свидетельствует о том, что указанный процесс не требует экстремальных условий и может быть обеспечен слабой щелочной средой, существующей при карбонатном осадконакоплении.

Помимо полимеризации, органический компонент ископаемых кокколитов несет и другие следы вторичных изменений, связанных с фоссилизацией, среди которых наиболее существенно обогащение его относительно тяжелыми металлами, например железом, ванадием, титаном.

Как представляется, керогеноподобный компонент может образовываться за счет OB, заключенного как в кальцитовом скелете кокколитов, так и цитоплазме клетки. При этом, будучи не защищенной минеральным скелетом, цитоплазма, естественно, подвергается природному растворению и в виде органических кислот уходит в круговоротов морей и океанов.

В образовании OB карбонатно-углеродистых формаций принимали участие, безусловно, и синезеленые волоросли, в клетке которых содержится органоминеральная матрица, подобная по своему химическому составу скелетным образованиям кокколитофорид. Ho судя по соотношению синезеленых водорослей в биомассе морей и океанов, роль их в образовании OB была незначительна по сравнению с кокколитофоридами.

Проведенные исследования толщи отложений волжского яруса верхней юры юго-востока европейской части России выявили широкое присутствие кокколитофорид как в слагающих эту толщу пород карбонатных глинах, так и в прослоях горючих сланцев, что, естественно, ставит вопрос об участии органического вещества этой группы организмов в образовании керогена последних. Выполненными сотрудниками Саратовского университета электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что кероген этих горючих сланцев состоит из мельчайших частиц, по облику явно соответствующих структуре кокколита.

Имеются также данные о главенствующей роли кокколитофорид в образовании OB битуминозных верхнеюрских глин Западной Европы.

Приведенные выше примеры касались лишь молодых отложений. Однако есть все основания предполагать, что кокколитофориды появились значительно раньше юрского времени. Недавно они были открыты в отложениях карбона. В общеизвестном учебнике А.Н. Криштофовича "Палеоботаника" со ссылкой на Гюмбеля есть указание на находки кокколитофорид в кембрии. Имеются данные о коккоидных структурах и в докембрии, хотя Дж. Шопф считает, что трудно оценить вероятность их биогенной природы. Так, С. Тейлер и Э. Баргхорн в докембрийских кремнистых сланцах железорудной формации Ганфлинт в Южном Онтарио в Канаде встретили органические остатки неопределенного систематического положения, сходные с раковинами морских планктонных жгутиконосцев, возможно, родственные кокколитофоридам. А.И. Лазуренко, изучавший под электронным микроскопом карбонатные породы архейского возраста Среднего Побужья, установил, что среди многочисленных фоссилизированных остатков древних микроорганизмов наибольшим распространением пользуются водоросли, напоминающие кокколитофориды.

Если высказанное выше предположение о более широком возрастном диапазоне кокколитофорид верно, то, несомненно, и более широка их роль в образовании карбонатно-углеродистых формаций как доюрской части фанерозоя, так и докембрия. При этом мы имеем в виду участие их как в формировании "чистых" карбонатов, так и самих углеродистых толщ (горючих сланцев, графитов, шунгитов и т.п.), включая сюда и толщи с рассеянным тонкодисперсным OB. Кроме того, немаловажна их роль в концентрации ряда рудных элементов и, возможно, в формировании фосфоритов, которые присущи данному типу формаций.





Яндекс.Метрика