Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность

Подождите немного. Документ загружается.

8. МЕЗОЗОЙСКИЕ И КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

221

отделенные от Мирового океана мелководными порогами. В них

наблюдается тенденция к стратификации воды и застою на глу-

бине. Поэтому ниже той зоны, где кислород замещается бакте-

риальным сероводородом, накапливаются тонкослоистые биту-

минозные илы. Участники первых рейсов по Проекту глубоко-

водного бурения были заинтригованы, обнаружив в середине

мела маломощные горизонты тонкослоистых черных битуминоз-

ных сланцев и аргиллитов, переслаивающихся с более светлыми

биотурбированными аргиллитами. Большая часть органического

вещества этих пород имеет планктонное происхождение, но на

востоке Центральной Атлантики в них было обнаружено высо-

кое содержание детрита наземных растений. Не приходится

удивляться, что для объяснения происхождения этих отложений

была применена модель замкнутого бассейна, которая казалась

достаточно правдоподобной, так как в это время Атлантический

океан был значительно уже, и в нем, вероятно, существовали

многочисленные топографические препятствия для свобод пой

циркуляции воды.

Однако такое объяснение оказалось совершенно непримени-

мым для богатых органическим веществом отложений середины

мела на возвышенностях Хесса и Шатского в северо-западной

части Тихого океана и на плато Манихики на юге его централь-

ной части. Вулканокластические барремские и аптские отложе-

ния на плато Манихики особенно интересны, так как содержат

до 29 % органического углерода. Кроме того, битуминозные от-

ложения были установлены в альбеких и сеномаиских отложе-

ниях Индийского океана, поэтому можно предполагать, что все

они связаны с каким-то глобальным явлением.

Чтобы это подтвердить, необходимо рассмотреть данные по

одновозрастным породам континентов, и действительно оказы-

вается, что во многих случаях, особенно в Северной Америке,

на континентальных окраинах океана Тетис и в Северо-Запад-

ной Европе черные битуминозные породы развиты на тех же

уровнях, что и в океане. Джснкинс [250] выделил три главных

интервала глобального распространения таких фаций: поздний

баррем—альб, переход от сеномана к турону и в меньшей сте-

пени коньяк—сантоп.

Теперь можно задать вопрос: какая океанографическая си-

туация может способствовать созданию бескислородных условий

и на мелководье порядка 300 м (отнюдь не преуменьшенная

оценка для горизонта Блэк-Бенд на границе сеномана и турона

в толще писчего мела северо-восточной Англии), и на глубинах

2000—3000 м на возвышенностях Тихого океана? Отвечая на

этот вопрос, Шлангер и Дженкинс [402] и другие исследователи

предполагают существование в океане более мощного, чем

теперь, обедненного кислородом слоя (рис. 8.6). Интерпретация

222

.МЕЗОЗОЙСКИЕ И КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

-профиль

О 5

Afл'/л

С S м/т/я

Замкнутый бассейн"

РИС.

8-6. Плотностная стратификация океана во время бескислородного со-

бытия

[402].

/ — верхний перемешанный слой с высоким уровнем связывания

углерода; 2 — слой с минимальным содержанием кислорода; 3 — детрит на-

земных растений; 4 — застойные придонные ЙОДЫ; 5 —различные типы бога-

тых углеродом осадков.

Шлангера и Дженкииса учитывает и свидетельства значитель-

ной трансгрессии в середине и конце мела, о которой говорилось

в гл. 6. Предполагается, что резкое увеличение площади эппкон-

тинентальных морей стимулировало развитие морского планк-

тона (см. гл. 5), при этом важным побочным результатом затоп-

ления покрытых густой растительностью континентов был снос

в море растительного детрита. Увеличение генерации сероводо-

рода бактериями привело к распространению бескислородного

слоя как вверх до глубоководных частей эппконтинентальных

морей, так и вниз, в океаны, до вершин некоторых океанических

возвы шенностей.

что на значительных площадях морского дна вода в той

или иной степени была обеднена кислородом, согласуется со

значительно более вялой глубоководной циркуляцией, которая

должна была возникать в период климатического равновесия,

потому, что в настоящее время главный двигатель быстрой цир-

куляции— это полярные льды, которые охлаждают и делаюг

более плотными пограничные с ними воды. Кроме того, в более

теплой воде кислород растворяется хуже.

Хотя такое объяснение выглядит значительно удовлетвори-

тельнее, чем модель изолированного бассейна, еще остаются

требующие объяснения проблемы. Так, предполагаемые эпохи

распространения бескислородных условий удовлетворительно

соответствуют показанным на графике Хапкока и Кауффмана

(рис. 6.10) максимумам трансгрессий в альбе, сеноман-туроне

и коньяк-сантоне. Однако не выявлено никаких осадков, ука-

зывающих на бескислородные условия, соответствующие круп-

ной кампанской трансгрессии. Юра также была периодом с ров-

ным климатом, и в Оксфорде была большая трансгрессия. Тем

ШЕЛЬФ

Косослоистые

глауконитовые

песчаники

с обломками

гросдзоритов

КОНТИНЕНТАЛЬНАЯ QKPAVtHA

Топу5ошто-серые мергели

с остатками

рыб и

пирити-

зированиыми аммонитами

Мергелистые пелагические ишстияки,

прослоями битуминозные

MeJf

местами ^битуминозными

горизонтами; фосфатизирозанные

и глауконитизироеонные горизонты

„

твердого

дна"

Пелагические известняки,

местами

битуминозными

горизонтами, вжелезнённые

и фосфатизироеанные

горизонты „твердого

дна"

ОКЕАН

Мощные черные

сланцы

Мощные черные Мощные черные Тонкие битуминозные

сланцы сланцы

горизонты

пелагических

осадках

K:^и'нестальная

кора

-е

с :i

Точный

чезол

Океаническая кора

асейсмичными

вулканическими структурами

ее

осадочный чехол

РИС.

8.7.

Модель океанического осадконакопления

меловом периоде

во

время трансгрессии, охватывавшей области

от

ложа океана

до

шельфа

[250].

224

8, МЕЗОЗОЙСКИЕ И КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

не менее оксфордские отложения на западе Северной Атлантики

(наиболее древние породы из до сих пор вскрытых глубоковод-

ным бурением) включают осадки, хорошо сопоставимые с ам-

монитико-россо Средиземноморья, которые, без сомнения, отла-

гались в воде, насыщенной кислородом [28].

О времени проявления более ранних «бескислородных собы-

тий» из-за отсутствия океанических разрезов можно только

строить предположения. В юре наиболее вероятной датой явля-

ется ранний тоар, который был временем большой трансгрессии,

когда битуминозные сланцы отлагались на нескольких конти-

нентах (см. гл. 5). В палеозое это, по-видимому, поздний девон

(фамен), когда фации битуминозных сланцев были широко

распространены в Северной Америке и в Европе. Возможные

поздпеордовикские и раннесилурийские примеры обсуждались

Леггетом

[297].

Открытие в глубоких частях океанов меловых отложений,

накопившихся в бескислородных условиях, побудило Райана и

Читу [391] попытаться оценить их объем и среднее содержание

в них углерода. Они подсчитали, что эти отложения содержат

на порядок больше углерода, чем все известные месторождения

угля и нефти. Поэтому они должны образовать огромный ре-

зервуар углерода и серы (в результате выделения сульфидов

железа). Райан и Чита доказывают, что следствием накопления

этих отложений было значительное увеличение содержания кис-

лорода в атмосфере, по трудно предложить независимый метод

проверки этой интересной идеи.

По мнению Дженкинса

[250],

с тенденцией к застою в зна-

чительной части Мирового океана связано более широкое рас-

пространение эппконтинентальных фосфоритов и глауконита

в меловое время по сравнению с более ранними этапами, по-

скольку для формирования этих отложений благоприятны вос-

становительные условия (рис. 8.7). Однако наиболее богатые

фосфоритами отложения в поясе, протягивающемся от Марокко

до Ирака, по-видимому, слишком молоды, чтобы подтверждать

эту гипотезу; их возраст колеблется главным образом от Маа-

стрихта до эоцена. Более того, требуется доказать, что явления

апвеллинга, с которыми обычно связывается образование фос-

форитов, могут не ослабляться в периоды вялой океанической

циркуляции. С другой стороны, фосфориты, о которых идет речь,

встречаются совместно с черными сланцами. Поэтому приме-

нение предложенной Геккелом [209] и рассмотренной в гл. 5

модели отложения фосфатоносных черных сланцев может

пролить больше света на условия формирования подобных

пород.

МЕЗОЗОЙСКИЕ И КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

225

МОДЕЛЬ ФИШЕРА И АРТУРА

С появлением такого изобилия новой информации об океа-

нах возникло естественное стремление синтезировать ее и рас-

смотреть некоторые общие причины изменений, которые могли

бы объяснить широкое разнообразие наблюдаемых фактов.

Даже если такие построения оказываются в некоторых отноше-

ниях недостаточными, они являются необходимой частью любой

пауки, потому что направляют последующие исследования.

Самой общей из до сих пор предложенных является модель

Фишера и Артура

[131].

Эти авторы предполагают, что на про-

тяжении последних 200 млн. лет наблюдалось циклическое чере-

дование

политаксонных

олиготаксонных

интервалов. Поли-

таксон ные интервалы характеризуются разнообразием органи-

ческого мира, более высокими и более равномерными темпера-

турами океанов, непрерывным пелагическим осадконакоплением,

распространением бескислородных условий в морях, эвстатиче-

скими повышениями уровня моря и увеличением отношения

C в морских известковых организмах и органическом ве-

ществе.

Олиготаксонные интервалы, напротив, характеризуются бо-

лее низкими температурами морской воды, более отчетливыми

широтным и вертикальным температурными градиентами, пере-

рывами в подводном осадконакоплении, морскими регрессиями,

отсутствием в океанах бескислородных условий и небольшими

значениями отношения

C Распад пелагических сообществ

выражается в уменьшении их таксономического разнообразия,

исчезновении крупных хищников и в расцвете оппортунистиче-

ских

видов. В течение политаксонных интервалов теплый, гло-

бально ровный климат приводит к ограничению конвекции

в океанах, что вызывает расширение обедненного кислородом

слоя и его дальнейшую деоксигепацию, в то время как эпизоды

более холодного климата приводят к увеличению скоростей

циркуляции и большему насыщению кислородом океанических

вод.

Начиная с триаса распознается не менее восьми циклов та-

ких изменений, каждый длительностью около 32 млн. лет, а со-

временный мир находится в олнготаксонпой фазе.

Рассмотрим в общих чертах те данные, которые Фишер и

Артур приводят в поддержку своей модели.

Изменение разнообразия органического мира может быть

графически изображено в виде простой зависимости количества

ископаемых таксонов от времени. Фишер и Артур выделили

Оппортунистические виды — виды, способные жить в суровых и измен-

чивых условиях; их внезапное появление среди нормальной бноты означает,

что обстановка становится существенно нестабильной и специализированные

формы подавляются.— Прим. ред.

15 Заказ № 389

226 8. МЕЗОЗОЙСКИЕ

КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

Гло5шерини§ы (виды)

;

—^ff.ii;:|i.H!

Хищники

крупнее

[Ом

оппортунисти-

чески? виды

Пульсации

по

А.ГраЩ

Аммониты (роды)

РИС.

8.8.

Циклы Фишера—Артура: изменения разнообразия важных фауни-

стичсских групп после палеозоя

возможная

их

корреляция

распростране-

нием крупных хищников

оппортунистических видов. Продолжительность

циклов

32 млн. лет. В —

Braarudosphaera;

P —

Pithonella;

E —

Ethimodiscus

П31].

а. МЕЗОЗОЙСКИЕ и КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

227

серию в общем совпадающих максимумов и минимумов для

ряда групп растений и животных, из которых наиболее интерес-

ными, вероятно, являются пелагические беспозвоночные, такие,

как аммониты и глобигериниды (рис. 8.8). Самыми характер-

ными особенностями в изменении разнообразия аммонитов явля-

ются хорошо выраженные минимумы в конце триаса и в конце

мела и максимумы в позднем триасе и в середине мела. У гло-

бигерпиид постепенный рост разнообразия прерывался замет-

ными минимумами в конце мела и в олигоцене. Минимумы

в разнообразии органического мира являются первым признаком

олиготаксонных эпизодов (что в конце концов и отражено са-

мим термином). В меловое и третичное время эти эпизоды

маркировались также массовым развитием нескольких харак-

терных видов, в особенности

Braarudosphaera

из кокколитофо-

рид,

который в настоящее время встречается в некоторых зали-

вах и может переносить условия, не благоприятные для нор-

мальных пелагических организмов. Такие организмы, которые

спорадически достигают высокой численности в условиях высо-

кого стресса (что указывает на их большую репродуктивную

способность), называются

оппортунистическими.

Другим важ-

ным показателем является максимальный размер хищников,

которые становятся крупнее во время политаксонных интерва-

лов;

предполагается, что «сверххищники» отражают усложнение

структуры сообщества.

Анализ температурных изменений, основанный на изотопах

кислорода, обнаруживает аналогичную цикличность (рис. 8.9).

Обратите внимание прежде всего на альбский, эоценовый и

миоценовый максимумы и маастрихт-палеоценовый и олигоцеио-

вый минимумы. Кривая степени окисления, показанная на той

же диаграмме, основана на цвете и других особенностях осад-

ков.

Так, черные осадки означают условия слабого окисления,

а красные — сильного. Апт-альбский и коньяк-сантонский интер-

валы низкой степени окисления чередуются с этапами высокой

степени окисления, приуроченными к турону и к границе мела

с третичным периодом.

Фишер и Артур обращают внимание на временные флюктуа-

ции отношения изотопов

C в фораминиферах и органиче-

ском веществе осадков. Большая часть углерода в организмах

и осадках является результатом его фотосинтетической фикса-

ции,

в процессе которой продукты фотосинтеза обогащаются

легким изотопом. Поэтому органическое вещество живых фото-

синтезирующих организмов обогащено

C, а атмосфера и гид-

росфера соответственно обеднены. Перевод органического угле-

рода в осадок приводит к обогащению океанического резер-

вуара более тяжелым изотопом, а накопление карбонатов

должно оказывать противоположное действие. В пелагических

15*

228

8. МЕЗОЗОЙСКИЕ И КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

РИС.

8.9, Различные геологические и геохимические параметры и циклы Фи-

шера—Артура

[131].

МЕЗОЗОЙСКИЕ И КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

229

осадках типичных политаксонных интервалов, таких, как апт—

алъб,

обычно наблюдается высокое содержание органического

углерода при относительно малых содержаниях карбоната.

Суммарный эффект должен приводить к увеличению содержа-

ния

C в океаническом бассейне, и карбонат раковин должен

отражать это. Содержание

C заметно увеличивается в альбе,

который выделяется как крупное бескислородное событие

(рис. 8.9). Морские трансгрессивные пульсации обозначены на

рис. 8.8, а связанные с ними подъемы критической глубины

карбоиатонакопления и минимумы в распространении глубоко-

водных перерывов показаны на рис. 8.9.

Оценка этих доводов — нелегкое дело, так как каждая из

кривых Фишера и Артура является обобщением массы самых

разных данных, иногда противоречивых,— от точных количе-

ственных сведений до субъективных качественных оценок (на-

пример, степени окисления осадков). По-видимому, проще ука-

зать на следующие слабые места главного тезиса о правильной

цикличности, обусловленной единой причиной;

Изучение вариаций разнообразия органического мира во

времени соприкасается со сложной проблемой массовых выми-

раний, которая рассмотрена ниже, в гл. 10. Массовые вымира-

ния,

естественно, вызывают сильное уменьшение разнообразия,

и требуется много времени, прежде чем адаптивная радиация

переживших видов сможет поднять это разнообразие до преж-

него уровня. Такие вымирания по-разному затрагивают различ-

ные группы организмов и могут вызываться многими причи-

нами, так что каждый случай должен рассматриваться отдельно.

Кроме того, в позднемеловое и третичное время происходило

заметное увеличение разнообразия многих групп, вероятно со-

провождаемое возрастанием степени эндемизма в результате

континентальной изоляции и более отчетливого обособления

экологических ниш в условиях более резко выраженной широт-

ной климатической зональности

[477].

Влияние этого длительно

действовавшего фактора должно быть тщательно изучено.

Палеотемпературная кривая может быть охарактеризо-

вана как достаточно точная для третичного периода, менее точ-

ная для мела и явно вводящая в заблуждение для юры. Юр-

ская часть в основном базируется на сомнительных данных по

белемнитам, собранным на суше, а данные по океанам пока

недостаточны.

Колебания КГК прослежены только до эоцена. Для более

раннего времени на кривых (правда, генерализованных) цик-

личность прослеживается не четко.

Данные об эоценовых и миоценовых отложениях, форми-

ровавшихся в глубоководных бескислородных условиях, в срав-

нении с данными о таких же отложениях середины мела слиш-

230

а МЕЗОЗОЙСКИЕ и КАЙНОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ

ком недостаточны даже с учетом возможного влияния более

активной океанической циркуляции в миоцене. Альб указан как

время особенно широкого распространения бескислородных

условий, что, по-видимому, делает хорошо известный альбский

красный мел северо-восточной Англии явным исключением.

С другой стороны, бат-келловейское время показано как олиго-

таксонный интервал, однако келловейские битуминозные сланцы

широко распространены в Северо-Западной Европе, а к позд-

нему бату и раннему келловею приурочена крупная транс-

грессия.

5. В Южной Атлантике осадки, богатые

Braarudosphaera+

встречаются спорадически, но не циклично, как полагают Фи-

шер и Артур, и, по мнению Ван Андела и др.

[480],

их происхо-

ждение остается загадкой.

Уязвимость для критики в деталях — это участь любой по-

пытки столь широкого синтеза, и поэтому те, кто полностью

отрицает модель Фишера и Артура, рискуют вместе с водой

выплеснуть и ребенка. Лично я считаю, что этот исключитель-

ный ребенок слишком жизнеспособен, чтобы подвергнуться

такой участи, хотя я очень сомневаюсь, что в его поведении

обнаруживается столь простая цикличность. Данные по третич-

ному периоду впечатляют, но более ранние этапы истории

Земли пока еще в значительной степени скрыты от нас. Едва ли

можно сомневаться в том, что первая задача ученого — стиму-

лировать мысль, а с этим Фишер и Артур справились прево-

сходно.

ЭВАПОРИТОВЫЕ БАССЕЙНЫ СРЕДИЗЕМНОМОРЬЯ

Будучи почти полностью окружено сушей, Средиземное море,

как правило, не считается частью главной системы океанов,

однако его глубина достигает нескольких километров. В двух

рейсах, осуществленных в Средиземном море по Проекту глубо-

ководного бурения, получены интереснейшие данные, которые

уместно рассмотреть в этой главе.

Одним из таких открытий явилось обнаружение в четвертич-

ных отложениях восточной части Средиземного моря битуми-

нозных илов. Эти илы свидетельствуют о неоднократном воз-

никновении застойных условий, что, по-видимому, было след-

ствием плотностного расслоения воды по солености в результате

поверхностного притока вод Черного моря, разбавленных при

таянии льдов во время заключительных фаз отступания лед-

ника [26].

Гораздо более загадочным было то, что на дне глубоковод-

ных впадин Средиземного моря под несколькими сотнями мет-

ров глин были обнаружены толщи эвапоритов мощностью в не-