Историческая геология

На II сессии МГК была утвертдена иерархия стратиграфических подразделений: группа, система, отдел и ярус, и для них введены единые для всех стран названия. На VIII сессии МГК в 1900 г. (Париж) к ним была добавлена самая мелкая стратиграфическая единица международной шкалы--зона. Указанным стратиграфическим подразделениям соответствовали геохронологические эквиваленты: эра, период, эпоха, век и время (или фаза).

Горные породы, входящие в каждое стратиграфическое подразделение, формировались в течение определенного этапа геологической истории Земли, и поэтому оно отражает эволюцию земной коры и органического мира за конкретный отрезок времени. Стратиграфические единицы применяются для обозначения комплексов горных пород, а соответствующие геохронологические единицы -- для обозначения времени, в течение которого эти комплексы формировались.

Достаточно очевидно, что единицы времени имеют повсеместное значение, в то время как толщи горных пород в эти отрезки времени формировались не повсеместно. В одном месте они отлагались, а в другом происходил размыв, на одних участках существовали континентальные условия, а на других--морские. Да и не везде эти условия были одинаковыми, а соответственно отлагались осадки разного состава.

По мере расширения геологических исследований стало все труднее применять стратиграфические названия, имеющие европейское происхождение, для других континентов. Если наиболее крупные стратиграфические подразделения, группы и системы удавалось выделить практически повсеместно, то ярусы подчас было невозможно установить. Поэтому стали выделять местные стратиграфические единицы на основании совокупности литологических и палеонтологических данных. Эти региональные стратиграфические подразделения стали основой при составлении региональных геологических карт.

В нашей стране на протяжении долгого времени использовались .два типа стратиграфических подразделений: единицы международной геологической шкалы и местные стратиграфические подразделения, утверждаемые Межведомственным стратиграфическим комитетом (МСК). С течением времени выявилась недостаточность этих шкал, т. е. необходимость наведения порядка в установлении региональных и местных стратиграфических подразделений. С последней целью был создан первый Стратиграфический кодекс СССР, утвержденный и опубликованный МСК в 1977 г.

2.5 Эталоны стратиграфических подразделении

Ныне в России и в некоторых других странах, например США, .действуют стратиграфические кодексы, выполнение требований которых обязательно при проведении геологических работ. Эти кодексы являются сводом основных правил и рекомендаций, определяющих содержание и применение стратиграфических понятий, терминов и названий.

В Стратиграфическом кодексе предложена новая структура стратиграфической классификации (табл. 2.1). Вместо применявшихся ранее местных подразделений и единой стратиграфической шкалы кодексом предусмотрено существование трех равноправных самостоятельных шкал. Кроме того, в кодексе предусматривается использование трех групп стратиграфических подразделений: основных, частных и вспомогательных.

Стратиграфические исследования проводят на конкретных разрезах осадочных, вулканогенно-осадочных и вулканогенных пород.

Таблица 2.1. Структура стратиграфической классификации, принятая в кодексе МСК

С помощью различных методов выделяют конкретные стратиграфические подразделения, представляющие естественные геологические тела, выясняют их последовательность и взаимоотношения.

Разрез, на котором впервые выделено данное стратиграфическое подразделение, носит название стратотипа, а район, где он располагается, называется стратотипической местностью.

Основные стратиграфические подразделения. Общие стратиграфические подразделения представляют собой совокупности горных пород, естественное геологическое тело, время формирования которых соответствовало определенному этапу геологической истории Земли. Общие подразделения устанавливаются с помощью различных методов. Для докембрийских образований в основном используют радиогеохронологические методы, а для фанерозоя -- палеонтологические.

Общим стратиграфическим подразделениям соответствуют гео-хронологические эквиваленты:

эонотема -- эон, эратема (группа) -- эра, система -- период, отдел -- эпоха, ярус -- век, зона -- фаза, звено -- пора.

Практически все стратиграфические подразделения крупнее яруса имеют единые международные наименования.

Эонотема -- это отложения, образовавшиеся в течение самой крупной геохронологической единицы -- зона, длительностью в многие сотни миллионов и даже более миллиарда лет. Выделяют три эонотемы -- архейскую, протерозойскую и фанерозойскую. Архейскую и протерозойскую эонотемы объединяют под названием «криптозой», но чаще используют название «докембрий», т. е. совокупность пород, образовавшихся до кембрийского периода. Основным критерием разделения криптозоя и фанерозоя является присутствие только бесскелетных организмов в криптозое и появление большого разнообразия скелетных форм в фанерозое.

Эра-тема, или группа, составляет часть эонотемы и характеризует отложения, образовавшиеся в течение эры продолжительностью в первые сотни миллионов лет (в фанерозое). Эратемы отражают крупные этапы развития Земли и органического мира. Границы между эратемами соответствуют переломным рубежам в истории развития органического мира. В фанерозое выделяют три эратемы: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую.

Система составляет часть эратемы и характеризует отложения,, образовавшиеся в течение периода длительностью в десятки миллионов лет. Системе свойственны типичные для нее семейства и роды фауны и флоры. В настоящее время принято выделять в фанерозое 12 систем: кембрийская, ордовикская, силурийская, девонская, каменноугольная (карбоновая), пермская, триасовая, юрская,. меловая, палеогеновая, неогеновая и четвертичная (антропогеновая). Названия большинства систем происходят от географических названий тех местностей, где они были впервые установлены. Для каждой системы на геологических картах приняты определенный цвет, являющийся международным, и индекс, образованный начальной буквой латинского названия системы.

Отдел -- часть системы; он характеризует отложения, образовавшиеся в течение одной эпохи, длительность которой обычно составляет первые десятки миллионов лет. В палеонтологическом отношении отделам свойственны характерные роды или группы. видов фауны и флоры. Названия отделов даны по положению их в системе: нижний, средний, верхний или только нижний и верхний; эпохи соответственно называют ранней, средней, поздней. Некоторые отделы имеют собственные названия. Так, в юрской системе выделяют лейас, доггер и мальм, в палеогеновой -- палеоцен, эоцен и олигоцен.

Ярус--часть отдела. Ему отвечают отложения, образовавшиеся в течение века продолжительностью в несколько миллионов лет. Для яруса характерен определенный комплекс ископаемых организмов с типичными родами и видами. Названия ярусов обычно происходят от названий областей, районов, рек, гор, населенных пунктов, где находятся стратотипические разрезы. Иногда выделяют подъярусы: нижний и верхний или нижний, средний и верхний. На геологической карте ярусы окрашиваются оттенками цвета системы, а индексы их образуют путем добавления к индексу отдела начальной буквы латинского названия яруса; Kiv -- валанжинский ярус, К^с -- коньякский ярус, Pia--артинский ярус. В .том случае, если отдел имеет ярусы, начинающиеся с одной и той „же буквы, к первой букве добавляется следующая согласная буква: Ksap--аптский ярус, Kial -- альбский, Кгст--сеноманский, KzCp -- кампанский ярус.

Зона является частью яруса и охватывает отложения, образовавшиеся в течение одной фазы порядка 1--3 млн лет. Ее границы устанавливаются по определенному зональному комплексу видов ископаемых организмов, который содержит формы, имеющие широкое географическое распространение и быстро эволюционировавшие. Название зоны дается по наиболее характерному виду зонального комплекса. Зона и фаза имеют название одного и того же вида-индекса. Например, зона или фаза Amaltheus margaritatus, зона или фаза Deshayesites deshayesi.

Звено выделяется в составе четвертичной системы. В звено объединяют горные породы, сформированные во время одного цикла климатических изменений: похолодания (ледниковье) и потепления (межледниковье). Звено должно иметь свой стратотип и климатостратиграфическое или литолого-экологическое обоснование. Четвертичная система состоит из четырех звеньев: нижне-, средне-, верхнечетвертичного и 'современного. Их иногда называют нижним, средним и верхним плейстоценом и голоценом.

В Америке серии соответствует супергруппа, а свите--группа.

Региональные стратиграфические подразделения. В их состав входят горизонт и лона. Горизонт--основное региональное подразделение. Он прослеживается на всей площади региона и характеризуется определенным комплексом литологических и палеонтологических признаков. Горизонту присваивается название места, где располагается его стратотип. Геохронологическим эквивалентом служит время. Например, мячковский горизонт в среднем карбоне, мячковское время.

Лона является частью горизонта и представляет собой провинциальную зону. Она устанавливается по комплексу фауны и флоры, характерному для данного региона, и отражает определенную фазу развития населявшего его органического мира данного региона. Границы лоны определяются по характерным видам зонального *комплекса. Лона должна иметь стратотип, содержащий зональный комплекс, и ее название происходит от вида--индекса. Геохронологическим эквивалентом лоны является время.

Местные стратиграфические подразделения. Они представляют собой толщи пород, выделяемые по ряду признаков, в основном по литологическому или петрографическому составу. Эти подразделения должны иметь ясно выраженные границы и относительно широкое распространение.

Комплекс -- самое крупное местное стратиграфическое подразделение. Чаще всего оно применяется при расчленении докембрия.

Комплекс имеет очень большую мощность, сложный состав горных" пород, сформированный в течение какого-то крупного этапа развития. На границе комплексов часто наблюдаются крупные несогласия, скачки метаморфизма горных пород. Комплексу присваивается географическое название по характерному месту его развития; например, байкальский или беломорский комплекс.

Серия охватывает достаточно мощную и сложную по составу толщу горных пород и объединяет в своем составе несколько свит, для которых имеются какие-то общие признаки: сходные условия образования, преобладание определенных типов горных пород, близкая степень деформаций и метаморфизма и т. д. Серии часто разделяются стратиграфическими и угловыми несогласиями.

Свита представляет собой толщу пород, образованных в определенной физико-географической обстановке и занимающих установленное стратиграфическое положение в разрезе. Она может состоять из однородных пород, или из переслаивания нескольких определенных их типов. Главные особенности свиты -- наличие устойчивых литологических признаков на всей площади ее распространения и четкая выраженность границ. Если остатки организмов не обнаружены, возраст свиты устанавливается косвенным путем, исходя из возраста подстилающих или перекрывающих толщ или путем сопоставления с разрезами соседних районов. Возрастной объем свиты может изменяться от места к месту. На геологической карте площадь развития свиты закрашивается оттенками цвета системы, к которой она относится по возрасту. Индексы образуются путем прибавления к индексу отдела начальной латинской буквы названия свиты. Свое название свита получает по географическому местонахождению стратотипа. Например: Dsd -- дудинская свита, 6it--тасеевская свита.

Местные стратиграфические подразделения -- это реально существующие и картируемые тела. Их выделение не зависит от того, как они сопоставляются с подразделениями общей шкалы, и они не заменяются этими подраздел.ениями.

Стратиграфические подразделения частного обоснования включают категории биостратиграфических зон разных видов. Они имеют локальное распространение, и их выделение обосновывается только палеонтологически.

Биостратиграфическая зона представляет собой толщу горных пород, охарактеризованную комплексом органических остатков. Время ее образования определяется временем эволюции отдельных групп фауны или флоры либо сменой экологических ассоциаций.' Вертикальное распространение зоны по разрезу ограничивается появлением и исчезновением комплекса органических остатков, а географическое распространение -- ареалом развития зонального комплекса. Зональное деление разреза может быть проведено по разным группам ископаемых организмов. Например, наряду с зональным делением каменноугольной системы по аммоноидеям существует зональное деление этой системы по фузулинидам, брахиоподам и конодонтам.

Биостратиграфическая зона имеет свой стратотип и разделяется на подзоны. Ее название образуется из названия одного или двух видов-индексов. Геохронологическим эквивалентом является то же название с добавлением слова «время».

Вспомогательные стратиграфические подразделения. Довольно часто геологи сталкиваются с необходимостью выделения различных вспомогательных стратиграфических единиц свободного пользования. Эти единицы не имеют строгого соподчинения, не являются обязательными, но в то же время они способствуют расчленению' и сопоставлению ранее неизвестных отложений, в которых еще не обнаружены ископаемые остатки организмов, позволяющие установить основные или частные стратиграфические подразделения. Наиболее часто употребляются литостратиграфические и биостратиграфические вспомогательные подразделения.

В качестве литостратиграфических подразделений применяют следующие: толща,, пачка, слой, залежь, маркирующий горизонт,, линза и т. д. Название толщи может происходить от наименования горной породы либо от географического названия. Например:

толща мергелей, толща известняков, толща красноцветов, макаровская толща и т. д. Пачки обозначаются числами или буквами с названием горной породы в скобках. Например, пачка 1 (известняки), пачка 2 (мергели), пачка 3 (серые песчаники). Пачки^ слои', маркирующие горизонты и другие литостратиграфические подразделения называются обычно по характерным породам, цвету, литологическим особенностям или по характерным органическим остаткам.

Название биостратиграфических подразделений происходит от" характерных групп фауны или флоры, которые отличаются от организмов, встречающихся в ниже- и вышележащих слоях. Они,. например, называются: слои или толщи с Ginkgo, слои с Turrilites. Геохронологическим эквивалентом вспомогательных стратиграфических подразделений является время. В этом случае выражаются следующим образом: «время образования... толщи, пачки,. слоя; время образования слоев с...».

Глава 3. Основные методы историкогеологического анализа

Восстановление физико-географических условий и ландшафтно-климатических обстановок, существовавших в геологическом прошлом, возлагается на одну из основных научных дисциплин,, входящих в состав исторической геологии -- палеогеографию. Сегодня палеогеографические исследования уже не ограничиваются только реконструкциями природных обстановок прошлого, а применяются для генетического прогнозирования и целенаправленного поиска месторождений полезных ископаемых.

Палеогеография -- это наука о географической оболочке Земли, ее состоянии и развитии в геологическом прошлом. В процессе палеогеографических исследований реконструируется состав атмосферы, гидросферы, верхней части литосферы и биосферы, выявляются масштабность и интенсивность палеогеологических процессов, восстанавливаются ландшафтные обстановки геологического прошлого, реконструируется климатическая зональность и дается характеристика климата.

В последние десятилетия в составе палеогеографической науки появились и развиваются такие научные направления, как региональная, динамическая и прикладная палеогеография, палеодинамическая геология, палеобиогеография, палеоклиматология и др. Палеогеографические исследования дают возможность определить генезис различных типов отложений, установить взаимоотношение и взаимосвязь различных генетических типов осадков и охарактеризовать состав органического мира. Совокупность данных позволяет не только представить площадное распределение выделенных генетических групп и типов осадков, но и дать характеристику важнейших физико-географических условий прошлого, т. е. охарактеризовать ландшафты и климаты, определить динамический режим водной и воздушной среды. К числу наиболее общих методов восстановления древних физико-географических обстановок относятся фациальный и палеоэкологический анализы.

3.1 Фациальный метод

Нередко методы восстановления палеогеографических обстано!bok отождествляют с фациальным анализом, понимая под ним метод восстановления древней географической обстановки по горным породам и содержащимся в них окаменелостям.

Понятие о фациях было введено в геологию А. Грессли в 1838 г., а позднее расширено Н. А. Головкинским в 1868 г. для выражения изменения состава отложений определенного стратиграфического уровня на всей площади их распространения. За прошедшие почти полтора столетия термин «фация» по-разному трактовался и воспринимался исследователями. Одни полагали, что фация -- это особенность осадков,, указывающая на условия их образования, а другие, что это физико-географические условия, в которых накопились соответствующие типы осадков. Вместе с тем фации неразрывно связаны с определенными стратиграфическими интервалами разреза. Наиболее полно и объективно отразили сущность понятия «фация» Д. В. Наливкин (1956), Г. Ф. Крашенинников (1971) и В. Е. Хаин (1973). В их представлении фация -- это комплекс отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического уровня (рис. 3.1). Общим понятием, не имеющим стратиграфического содержания, является генетический тип. Геенетический тип -- это более широкий комплекс отложений, образованных в определенных физико-географических условиях (элювиальный, делювиальный, пролювиальный, аллювиальный, прибрежно-морской и т. д.).

Рис. 3.1. Схема соотношения фаций в пределах одновозрастных слоев. Фации: 1 -- песчаники и пески с остатками наземных растений и моллюсков; 2 -- пески и глины с остатками наземных растений и прибрежно-морских бентосных беспозвоночных; 3 -- глины с остатками бентосных беспозвоночных;4 -- карбонаты с ископаемыми остатками планктонных организмов

В пределах суши наряду с денудационными процессами происходят образование кор выветривания и накопление осадков в различных по генезису, размерам и форме впадинах. Формирование осадков идет в долинах рек, в озерных котловинах, в зонах распространения ледников и в областях наземной вулканической деятельности. Континентальные осадки характеризуются неустойчивым-вещественным составом, различной мощностью, структурами и текстурами и сильной изменчивостью в латеральном направлении. Основные типы пород -- обломочные и глинистые, реже присутствуют биогенные (угли) и хемогенные (известняки и соли). Это обусловлено тем, что в процессе дифференциации на суше концентрируются только продукты начальных стадий размыва и выветривания, а тонкообломочные и тем более растворимые соединения в большинстве случаев выносятся в морские бассейны.

Районы накопления континентальных отложений располагаются чаще всего недалеко от области сноса. Ввиду того что перемещение продуктов разрушения материнских пород происходит на небольшие расстояния, среди континентальных отложений преобладают грубообломочные, плохо отсортированные и слабоокатанные образования. Большинство континентальных отложений, исключая осадки болот, заболоченных пойм и озер, накапливаются в условиях свободного доступа кислорода и поэтому они обогащены окисными соединениями железа. Слоистость отложений разнообразная. Наряду с неслоистыми (морены и обвальные образования) распространены косо- и горизонтально-слоистые толщи.

Для континентальных отложений характерна связь с зональным типом климата. В ледовом типе климата основными источниками осадочного материала являются физическое выветривание и транспортировка обломочного материала льдом, талыми водами и ветром. Низкие температуры обусловливают практически полное отсутствие биогенных осадков и химической переработки материала.

В гумидном типе климата наряду с процессами механической дезинтеграции исходных пород принимают участие биологические и химические процессы. Перенос материала осуществляется в виде растворов, взвесей и перекатыванием по дну рек. Осаждение происходит как в процессе переноса, так и, особенно, в конечных бассейнах стока. Легкорастворимые соединения выносятся в крупные внутриконтинентальные и морские бассейны. Осадки гумидной области разнообразны: это галечники, пески, алевриты, глины, карбонаты, лигниты и бурые угли. Для литогенеза в гумидном климате характерны высокие концентрации железа, марганца,. алюминия, органического углерода, серы, элементов-гидролизатов и т. д.

Аридный тип литогенеза характеризуется отсутствием осадков, обогащенных органическим углеродом, присутствием легкорастворимых солей и соединений. Большим распространением наряду с полимиктовыми неотсортированными отложениями пользуются хемогенные, в частности карбонаты, гипсы и соли.

Наиболее полло классификация континентальных отложений разработана Е. В. Шанцером (табл. 3.1). Континентальные отложения могут быть сгруппированы следующим образом: элювиальные, речные, озерные, болотные, ледниковые, пустынные и вулканогенные. Вместе с тем каждая из перечисленных групп включает несколько генетических типов, связанных между собой.

Большим распространением .среди осадочных толщ пользуются отложения морского происхождения. Они характеризуются устойчивым составом на значительной площади и обилием разнообразных морских органических остатков. На состав и строение морских фаций большое влияние оказывают климат, гидрохимический и гидродинамический режимы морских бассейнов, характер подводного рельефа и окружающей суши, состав и объем твердого стока, вулканизм и тектонические условия. Классификация генетических типов морских отложений представлена в табл. 3.2.

Характер морских фаций в значительной степени изменяется с глубиной, и нередко по мере удаления от берега терригенные осадки становятся более тонкозернистыми, изменяется состав фауны, особенно бентоносных форм, уменьшается количество знаков ряби и исчезают водоросли. Рельеф морского дна обусловливает распространение течений, регулирует возникновение котловин с застойными водами, влияет на распределение хемогенных и терригенных осадков. На подводных возвышенностях в связи с сильной подвижностью вод формируются более крупнозернистые осадки.

От рельефа прилегающей суши зависят состав и объем выносимого в море обломочного материала. При пологом рельефе выносятся продукты глубокого химического преобразования горных пород и относительно более тонкозернистый материал, а при расчлененном рельефе -- грубообломочные разности.

Обособление морей, возникновение лагун и заливов приводит к нарушению солевого и газового режима и к изменению состава органического мира.

Таблица 3.1. Классификация генетических типов континентальных осадочных образований (по Е. В. Шанцеру, с сокращениями и дополнениями)

Таблица 3.2 Классификация генетических типов морских отложений (по В. Т. Фролову)

Характерной особенностью отложений,, возникших в зоне перехода от континента к морю, является их образование в водоемах с нарушенной соленостью. К данной группе относятся фации дельт, лагун и лиманов. Различная соленость в пределах лагуны в той или иной степени отражается на видовом составе организмов. В отложениях лагун наиболее часто захоронены остатки известковых водорослей, беззамковых брахиопод, остракод, ракообразных, мшанок, двустворчатых и брюхоногих моллюсков и рыб. Фации переходной группы возникают вблизи равнинной и возвышенной частей суши и поэтому в их составе могут присутствовать грубообломочные образования. Для них характерны в основном песчано-глинистые отложения, но довольно часто встречаются соленосные, гипсоносные, хемогенные и органогенные карбонатные осадки.

Фациальный анализ осуществляется путем исследования отдельных разрезов и осадочных пород определенного стратиграфического интервала и прослеживания найденных изменений и закономерностей на площади.

Для правильного установления генезиса особую ценность приобретает анализ совокупности признаков или комплексное исследование отложений. В большинстве случаев отдельные признаки могут истолковываться по-разному, а иногда практически не дают определенных указаний на условия образования осадка. Вместе с тем нельзя ограничиваться только комплексным изучением отдельных пород, а желательно проследить и выявить характер переходов одновозрастных, но разнофациальных отложений и условия образования всего парагенезиса, составляющего отдельные разрезы или группы разрезов. Таким образом, выявление и исследование взаимных переходов одновозрастных отложений на площади -- это фациальный анализ и один из главных методических приемов генетического анализа осадочных пород и толщ, а фации -- основные звенья в этой работе.

Важнейшими критериями при фациальном анализе являются следующие:

1. Тип и вещественный (химический и минеральный) состав пород (осадков), включая аутигенные минералы, конкреции и особенности цемента.

2. Гранулометрия породы, ее цвет, структура, состав обломков, их окатанность, характер поверхности напластования и размыва, следы перерывов в осадконакоплении, ориентировка обломочных компонентов и органических остатков, присутствие подводнооползневых деформаций и нептунических даек.

3. Текстурные особенности -- типы и характер слоистости и слойчатости, изучение цикличности и ритмичности осадочных и осадочно-вулканических толщ.

4. Формы залегания пород, их мощности; характер переходов в другие породы.

5. Палеонтологические особенности. Состав, сохранность и распределение фауны и флоры. Соотношение между отдельными группами и сообществами, следы жизнедеятельности организмов, степень сохранности следов роющих животных и их особенности.

6. Наличие минералов -- индикаторов солености и газового режима водоемов, геохимические особенности осадочных толщ.

7. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные ус ловия. Определение Eh, pH, содержание окисных и закисных форм железа.

8. Определение соотношения изотопов кислорода, стронция, серы, углерода, палеотермометрические данные (магнезиальный, изотопный, стронциевый методы), присутствие вулканогенного и метеоритного материала.

3.2 Анализ палеонтологического материала (биофациальный и палеоэкологическии анализы)

Одно из направлений палеоэкологии рассматривает условия существования организмов геологического прошлого на основе закономерностей в изменении функционально-морфологических особенностей скелета. При этом имеется в виду, что строение организмов и их образ жизни менялись не только в зависимости от условий среды, но и от индивидуального развития. Вследствие того, что организм и среда его обитания составляют неразделимое целое, трудно понять строение и функциональную принадлежность сохранившихся остатков скелета, основываясь только на его морфологии.

Палеоэкологические исследования представляют собой сложный комплекс методов изучения состава, морфологии, образа жизни различных систематических групп организмов и их фациальной приуроченности. Среда обитания морских организмов состоит из абиотических (физико-географических и физико-химических) и биотических факторов. К абиотическим относятся тип осадка на дне моря, рельеф дна, его обнаженность, соленость, глубина, газовый режим, температура, наличие твердых образований отмерших организмов на поверхности дна и твердых выступов фундамента, режим волнения. В процессе палеоэкологических исследований обычно выясняется максимальное и минимальное воздействие перечисленных факторов на организмы. Одни организмы могут развиваться в достаточно широком диапазоне абиотических факторов, другие, наоборот, в очень узком. Исходя из этого различают эврибионтные организмя, которые хорошо приспособляются к значительным колебаниям условий внешней среды, и стенобионтные, обитающие в строго определенных рамках колебания условий среды. В зависимости от отношения к температурному режиму выделяют эври- и стенотермные, а к солености -- эври- и стеногалинные организмы.

В процессе палеоэкологических исследований необходимо различать место обитания организма и место его захоронения, хотя, в принципе, иногда они могут совпадать. Выяснением условий и особенностей захоронения остатков ископаемых организмов занимается специальный раздел палеоэкологии, называемый тафономией. Следует различать, представляют ли ископаемые остатки неотделимую часть осадка или они были принесены из других мест обитания и позднее захоронены совместно, т. е. определить различия между палеобиоценозом и палеотанатоценозом. Последний представляет собой скопление остатков организмов, захороненных совместно. Под палеобиоценозом Р. Ф. Геккер (1957) понимает население ограниченного участка среды обитания, сформированного за определенный отрезок времени под влиянием биотических и абиотических факторов.

В последние годы важнейшим обобщением экологии стало введение нового, более обширного понятия, чем биоценоз, которое получило название «экологическая система», или «экосистема». Она представляет собой группу взаимосвязанных организмов и тех элементов внешней среды, которые оказывают наиболее сильное влияние на них и одновременно сами зависят от деятельности организмов.

Установление принадлежности органических остатков к тому или иному экологическому типу важно прежде всего для реконструкции особенностей среды обитания организмов. Поэтому при палеоэкологических исследованиях необходимо не только определять систематический состав фауны, но и учитывать особенности среды их обитания; для гидробионтов это температурный, солевой и газовый режимы морских, лагунных и пресноводных бассейнов, для наземных фаун -- температура воздуха, влажность, общее количество атмосферных осадков и степень их распределения в течение года. При рассмотрении морских групп фауны желательно учитывать интенсивность миграции организмов и определять принадлежность изученного палеобиоценоза к нормально развивающейся фауне или к иммигрантам.

Морская фауна в зависимости от образа жизни разделяется на несколько групп. К пелагическим организмам относятся планктонные и нектонные формы. Для планктонных форм характерно парение в толще воды или пассивное перемещение вместе с водой и поэтому у организмов отсутствуют органы движения. Различают зоопланктон и фитопланктон. Планктонные организмы обладают небольшими размерами. В зависимости от величины тела различают микро- и нанопланктон. Последние имеют размеры менее 50 мкм.

Другую крупную группу пелагических организмов составляют активно плавающие -- нектонные организмы. Они обладают обтекаемой двустороннесимметричной формой тела. Ввиду того что многие нектонные формы приспособились к обитанию на определенных глубинах с разным температурным режимом, соленостью, плотностью, они в известной мере связаны с определенными генетическими группами осадков и являются довольно хорошими индикаторами условий обитания.

Группа организмов, ведущая донный образ жизни, именуется бентосом. Эти организмы в зависимости от условий обитания подразделяются на несколько типов: свободно передвигающиеся по дну, свободно лежащие на дне, временно зарывающиеся в грунт, постоянно живущие в иле, сверлящие твердый субстрат и прикрепленные ко дну. Последние прикрепляются стеблями (морские лилии), ножкой (брахиоподы), прирастанием (кораллы, некоторые двустворки), биссусными нитями (двустворки) или корневыми выростами (губки, археоциаты, кораллы, мшанки). Все зарывающиеся формы обитают на мягких грунтах и обладают удлиненной раковиной. Основным признаком свободнолежащих форм является неравенство створок. К грунту обращена выпуклая сторона больших размеров.

К числу главных факторов среды обитания морских организмов относятся температура, соленость, газовый режим, степень волнения, на которые каждая группа организмов реагирует поразному и в связи с определенными условиями среды вырабатывает защитные функции, которые отражаются в их морфоанатомическом строении.

Весьма ценный материал об условиях существования организмов дает их географическое распространение. Ареал любой таксономической группы -- это часть земной поверхности. Широкое распространение свидетельствует о хорошей приспособляемости организма к изменениям внешней среды. Космополитными называются ареалы, покрывающие значительную часть обитаемых участков земной поверхности, причем частота распространения возрастает по мере повышения таксономического ранга. Обычно космополитизм характерен для отрядов и семейств и сравнительно редко для родов.

Ограниченными ареалами обладают эндемичные организмы, Размеры их ареала находятся в зависимости от таксономических единиц. Среди эндемичных форм различают палеоэндемиков (реликтовые эндемики) и неоэндемиков. Реликтовые эндемичные организмы представляют собой древние формы, ареал которых первоначально был обширным, но постепенно сократился под. влиянием ухудшения природных условий или из-за конкурентной борьбы.

Палеогеографические выводы, основанные только на данных по ареалам того или иного организма или их сообществ без учета экологической валентности (уровень способности организмов приспособляться к меняющимся экологическим условиям) и генетических особенностей осадков для восстановления условий среды обитания, не могут считаться абсолютно достоверными, а иногда даже приводят к существенным искажениям. Например, близкие по отношению к температурному режиму организмы могут обитать на поверхности в холодных климатических условиях, в зоне действия холодных течений и на значительной глубине. Для того' чтобы решить вопрос о действительных условиях обитания, наряду с анализом органического сообщества необходимо исследовать фациальную и генетическую природу осадков, в которых они сохранились.

3.3 Палеогеографические методы

Морские обстановки. К основным морфологическим элементам рельефа морского дна относятся: береговая зона (супралитораль, литораль, сублитораль), материковая отмель (шельф), материковый склон, ложе океана и глубоководные впадины (рис. 3.2).

По степени освещенности различают три зоны моря. Первая, эвфотическая, или хорошо освещенная, простирается от поверхности до глубин 30--80 м, вторая, дисфотическая, или слабоосвещенная, зона располагается между изобатами 30--80 и 200 м. Растительность в этой зоне развита слабо. Третья, афотическая, или неосвещенная, лежит ниже 200м и совершенно лишена растительности.

В море по характеру условий существования донных организмов и в зависимости от глубин различают следующие области:

мелководную, или неритовую, батиальную, абиссальную и ультраабиссаль -- область глубоководных желобов. В пределах морских бассейнов выделяют также пелагическую область, которая занимает их открытую часть.

Неритовая область простирается от поверхности до глубин около 200 м и охватывает часть морского дна, в которую проникает солнечный свет, достаточный для жизнедеятельности организмов. Неритовая область характеризуется постоянными более или менее сильными движениями воды и изменчивой температурой. Это наиболее богатая жизнью часть моря. Здесь обитают организмы, живущие в морской среде, и она характеризуется их исключительным разнообразием.

Рис. 3.2. Морфологические элементы рельефа дна Мирового океана.

Неритовая область разделяется на три зоны: супралитораль, литораль и сублитораль.

Супралитораль -- зона, расположенная выше уровня максимального прилива и эпизодически заплескиваемая морским прибоем. В этой зоне соприкасаются области обитания морских и наземных организмов. Первые приспособились жить как в воде, так и в воздухе, а вторые представлены влаголюбивыми и солнцелюбивыми организмами. Здесь обитают водоросли и высшие растения, насекомые, хелицеровые и ракообразные, черепахи и морские млекопитающие, некоторые рыбы. В этой зоне кормятся наземные животные и птицы.

Литоральная зона -- это прибрежная часть морского дна, расположенная в пределах действия приливно-отливных процессов и периодически, во время отливов, осушаемая от воды. Следовательно, в этой зоне какое-то время действуют континентальные условия, предопределяя тем самым условия существования многих организмов и особенности осадконакопления. Чередование морских и континентальных условий требует от обитателей лито ради неприхотливости к факторам среды и поэтому многие организмы отличаются амфибиальностью, т. е. способностью к земноводному образу жизни.

Сублитораль -- освещенная зона морского дна, закрытая водой

даже при самых сильных отливах. Нижняя ее граница не опускается глубже 200 м. Наряду с животными здесь господствует водная растительность. В верхней части сублиторали разнообразные водоросли формируют подводные луга. В пределах сублиторали основную массу бентосных организмов составляют рифостроители, моллюски, иглокожие, губки, мшанки, ракообразные и брахиоподы.

Батиальная область располагается над материковым склоном и характеризуется резким увеличением глубины. Она подразде^ ляется на две подзоны. Эпибатиаль охватывает глубины от Ж) до 500 м и располагается на внешней части шельфа. В ней встречаются многие сублиторальные виды, которые опускаются на глубину до 500 м, а также некоторые глубоководные формы, поднимающиеся из батиали. Для эпибатиали характерны гемипелагические илы -- смешанные тонкие терригенные и пелагические осадки -- и обедненный состав донной фауны при полном отсутствии остатков растений. Собственно батиальная зона располагается на глубинах от 500 до 1700 м (некоторые' исследователи опускают ее до глубин 3000 м). Ее ширина определяется шириной материкового склона. Биоценозы батиали представлены животными в видовом и количественном отношениях значительно более обедненными, чем в эпибатиали и тем более сублиторали и литорали. Здесь обитают фораминиферы, губки, кишечнополостные, брахиоподы, двустворки, гастроподы, черви и иглокожие. Батиаль представляет собой зону, где осадки перемещаются вдоль материкового склона в виде оползней и разносятся мутьевыми потоками. Температура морской воды и ее соленость отличаются постоянством.

Абиссальная область располагается на глубине более 1700 м и охватывает подножие континентального склона и ложе океана. В ней отсутствует свет, преобладают низкие постоянные температуры и высокие давления. Распространены иглокожие, черви и ракообразные. Слабо развиты брахиоподы, губки, кишечнополосгные, гастроподы. В зоне материкового подножия развиты терригенные осадки, а на океанском ложе -- пелагические илы разного состава.

Ультраабиссаль (хадаль) -- зона, приуроченная к глубоководным желобам. Здесь обитают агглютинированные фораминиферы, черви, ракообразные, голотурии, двустворки, гастроподы и погонофоры.

Установление контуров морских бассейнов. Первостепенной задачей палеогеографии является установление контуров морских бассейнов. Граница между ландшафтами суши и моря всегда условна и восстанавливается по взаимному расположению морских и континентальных отложений, по некоторым особенностям осадочных пород, образованных как на берегу моря, так и на подводном склоне, по формам рельефа и результатам деятельности геологических процессов.

Достаточно уверенно границу суши и моря можно определить по отложениям пляжа, слагаемым обычно конгломератами, галечниками и крупнозернистыми песчаниками, содержащими смешанный .комплекс морокой и наземной фауны и обильный раковинный детрит. Реже осадки пляжа содержат линзы глинистых пород с трещинами усыхания и со следами дождевых капель, а иногда включают линзы песков, обогащенные тяжелыми рудными минералами.

В процессе изучения фаций береговой зоны большое внимание уделяется текстурным и структурным особенностям. Для песчаных пород, образовавшихся в условиях волнения, характерна тонкая косая слоистость с наклоном косых слойков в сторону моря. В береговых или пляжных конгломератах преобладающая часть плоской гальки располагается таким образом, что длинная ось ориентирована параллельно берегу, а наклон гальки обращен в сторону моря. Для береговых песчаных отложений характерна волновая рябь, наблюдаемая на верхней поверхности пласта.

Близость берега определяют по следующим признакам: появлению дельтовых отложений (фации авандельты), смене фаций активного моря фациями лагун или опресненных вод, появлению желобов, заполненных продуктами размыва континентальных пород.

Граница суши и моря является основным элементом палеогеографических карт, независимо от их масштаба, и поэтому к выделению этой границы следует относиться весьма серьезно. Точность проведения этой границы имеет как научное, так и практическое значение, поскольку она ограничивает площади возможного распространения многих полезных ископаемых континентального и морского происхождения, а некоторые из них, например прибрежные россыпи, непосредственно располагаются на этой границе.

Определение рельефа дна. На дне современных морей и океанов выделяют несколько геоморфологических элементов: 1) подводную окраину материков, которая состоит из материковой отмели, материкового склона и его подножия; 2) глубокие котловины окраинных морей; 3) островные дуги; 4) ложе океана с поднятиями и котловинами; 5) срединно-океанские хребты; 6) глубоководные желоба.

Распространение осадков в указанных крупнейших геоморфологических элементах подчинено циркумконтинентальной зональности, но нарушается подводными течениями и 'микроформами рельефа дна. Тем не менее по составу осадочных толщ и сохранившимся в них органическим остаткам удается довольно точно реконструировать рельеф дна.

Большинство крупных геоморфологических элементов и океанского и морского дна (срединно-океанские хребты, островные дуги, глубоководные желоба, рифтовые долины и т. д.) образовалось вследствие тектонических процессов, а более мелкие формы рельефа -- вследствие подводных вулканических излияний.

В области материковой отмели ведущая роль в образовании рельефа принадлежит экзогенным процессам. Здесь располагаются подводные каньоны (бывшие речные долины) и подводные дельты, затопленные морем; поперечные желоба, выработанные мутьевыми потоками; крутостенные коралловые и другие органогенные постройки; подводные бары и авандельтовые конусы.

Неровности дна в прибрежной зоне уверенно выделяются при изучении нижней поверхности трансгрессивной серии пород. Грубообломочные породы, особенно абразионно-обломочного происхождения, заполняющие углубления и желоба на поверхности шельфа, надолго сохраняют их контуры.

Крупные геоморфологические элементы определяются на основании фациального анализа, анализа контакта различных фациальных комплексов между собой в горизонтальном и вертикальном направлениях и анализа мощностей различных генетических типов пород. Особенно удачно последний метод применяется при изучении погребенных рифовых тел, когда восстанавливается форма рифового тела.

Газовый режим. В водных бассейнах различной солености в растворенном состоянии находятся газы, входящие в состав атмосферы. Из растворенных газов наибольшее влияние на жизнедеятельность организмов и их расселение оказывают кислород, сероводород и углекислый газ. Морская вода получает кислород не только из воздуха, но и путем выделения его в результате деятельности фитопланктона и водорослей. Содержание кислорода, необходимого организмам для дыхания, зависит от температуры и характера циркуляции вод. Проникновение кислорода в глубокие части бассейна зависит от вертикального распределения плотности ж солености-вод и перемещения водных масс.

В водах полярных морей кислорода почти в два раза больше, 'чем в тропических, а в областях с хорошо выраженной вертикальной циркуляцией на глубинах 1,5--'2 км его меньше, чем у поверхности. В том случае, когда соленость поверхностных вод меньше солености глубинных, как, например, в Черном море, вертикальная циркуляция затруднена, а это вызывает недостаток кислорода и обогащение глубинных вод сероводородом, образующимся при *гниении органического вещества.

Зная качественный состав газов и их соотношение в древней .атмосфере и руководствуясь парциальным давлением, можно определить качественный состав и особенность морей и пресноводных бассейнов древности. Более сложную задачу представляет выявление участков сероводородного заражения. В ряде случаев угнетенность органического сообщества и развитие карликовых форм помогают предварительно определить районы возможного сероводородного заражения. Однако для более уверенного вывода необходимо провести литологичеокий и фациальный анализы вмещающих толщ. В таком случае удается установить, не является ли скопление мелких раковин результатом механической отсортированности. Кроме того, большое значение имеет систематический состав карликовых форм. Крайне однообразный состав сообщества свидетельствует о ненормальном газовом режиме.

Полное отсутствие бентосных форм не может служить веским доказательством сероводородного заражения, так как их отсутствие могло быть вызвано какими-то иными причинами, в том числе и условиями сохранности.

Надежным критерием установления сероводородного заражения являются наличие скоплений планктонных организмов при полном отсутствии бентосной фауны и одновременно повышенное содержание органического вещества во вмещающих осадках. Последнее связано с тем, что в условиях сероводородного заражения не происходит минерализации органического вещества, которое захороняется в осадке.

На ненормальный газовый режим указывает присутствие в осадках большого количества мелких кристаллов пирита или сидерита, приуроченных и плоскостям напластования.

Соленость. Соленость определяется количеством растворенных твердых веществ, выраженных в граммах на 1000 мл воды. Большинство организмов, обитающих в морях, приспособилось к жизни в водах с соленостью 35--36%, называемой нормальной. За границу между пресными и солоноватыми принимаются воды с содержанием солей около 0,5%. Граница между солоноватой и морокой водой менее определенна.

Большое значение для определения солености имеет анализ фаций. Для бассейнов с повышенной соленостью характерны эвапоритовые осадки -- различные соли (сильвин, галит, мирабилит), гипс и ангидриты. Изменение солености в ту или иную сторону приводит к резкому сокращению видового и родового разнообразия, к разрушению биоценозов и появлению организмов, приспособленных к обитанию в водах с изменчивой соленостью. Поэтому одним из надежных показателей солености является анализ состава биоценоза. Однако палеоэкологические исследования дают возможность определить чисто качественный состав солености.

Разработаны геохимические методы определения солености древних морей Среди них -- содержание хлора и бора в глинистых породах. Среди других показателей солености иногда применяется хлор-бромный коэффициент, который в морских нормально-соленых отложениях обычно составляет 70--300, а в пресных водах его величина не выходит за пределы 4--20.

Н. С. Спиро и И. С. Грамберг теоретически обосновали и широко применили метод поглощенного комплекса, который представлен рядом катионов -- Na', К', Са", Mg". Ими раскрыта связь состава поглощенного комплекса глинистых осадков с природными водами, показаны основные направления диагенетического и постдиагенетического изменения состава поровых вод и поглощенного комплекса глинистых пород и рассмотрены условия, способствующие их сохранению. По отношению количественного состава поглощенного комплекса хорошо диагностируются морские воды нормальной солености, морские опресненные водоемы, солоноватоводные лагуны, пресные водоемы, морские заоолоненные водоемы,. бассейны с неустойчивым гидрохимическим режимом.