Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологическо - Лапо Андрей Витальевич
Таковы современные морские и озерные карбонатные осадки — накапливающиеся на наших глазах прообразы карбонатных пород метабиосферы.
Карбонатные породы по минеральному составу разделяются на кальцитовые (с преобладанием кальцита, имеющего формулу CaCO3), доломитовые (с преобладанием минерала доломита CaMg[CO3]2) и породы смешанного состава. Кальцитовые породы включают в себя главным образом разнообразные известняки и еще одну горную породу, с которой мы теснее всего соприкасаемся в возрасте от 7 до 17, — писчий мел. По мере углубления исследований и накопления данных о кальцитовых породах все бо́льшая доля их оказывается биогенной.
О том, что многие известняки образовались из скелетных остатков организмов, писал еще Николай Стенон (1638—1686), а первые микроскопические исследования известняков произвел в 70‑е годы прошлого века известный английский натуралист Генри Клифтон Сорби (1826—1908). Немало способствовали «обиолитчиванию» известняков прекрасные «Атласы породообразующих организмов», выпущенные в 30‑е годы французским ученым Люсьеном Кайе (1864—1944) и нашим соотечественником, учеником Я. В. Самойлова — Владимиром Петровичем Масловым (1891—1968).
В настоящее время в отложениях разного возраста выделены фораминиферовые, пелециподовые, брахиоподовые, мшанковые, криноидные и многие другие типы известняков, сложенные разнообразными скелетными остатками организмов. Многие из них характерны только для определенного возраста. Академик Л. С. Берг писал: «Никогда в истории Земли не появятся вновь фации археоциатовых известняков (кембрий), строматопоровых известняков (силур и девон)… фузулиновых и швагериновых известняков (карбон, пермь), нуммулитовых известняков (палеоген) и т. д. Ибо организмы, характерные для названных фаций, вымерли». Существуют и бактериогенные известняки, на возможность образования которых первым в 1893 г. указал Н. И. Андрусов. Что касается докембрийских известняков, среди которых распространены строматолиты, то раньше их скопом относили к хемогенным, а сейчас постепенно переводят в разряд биогенных [67]. К числу биогенных относятся и копролитовые известняки — горная порода, исходным материалом для которой послужили фекалии илоедов, перерабатывавших известковый ил. Известны они по крайней мере с ордовика и нередко слагают целые пласты. А в детритовых известняках наглядно проявляется не только конструктивная, но и деструктивная роль жизни: измельчение и переотложение известкового субстрата в результате деятельности живых организмов (об этом упоминалось в четвертой главе).
Своеобразной кальцитовой породой является писчий мел. Полоса его отложений протягивается через всю Европу — от Англии до берегов Эмбы. Первые работы по установлению природы мела были выполнены знаменитым немецким натуралистом Кристианом Готфридом Эренбергом (1795—1876). Он предполагал, что мел образовался из фораминифер и частиц абиогенного происхождения. А современные исследования, проведенные профессором Харьковского университета Станиславом Ивановичем Шуменко, показали, что писчий мел на 90—98% состоит из кокколитов, причем в 1 см³ породы их насчитывается 1010—1011 экземпляров! Характерен писчий мел только для верхнемеловых отложений. Это связано с необычайным расцветом кокколитофорид в морях того времени, более никогда не повторявшимся. Современные кокколитовые илы — лишь слабый отзвук мощных карбонатных толщ, накопившихся за период, который по праву называют меловым.
Долгое время оставалось неясным, почему в писчем меле отсутствует слоистость. Разрешить эту проблему помог метод пропитки мела машинным маслом, разработанный известным советским литологом Г. И. Бушинским (1903—1980). После такой обработки становится отчетливо видно, что кокколитовый ил, из которого образовался мел, был интенсивно переработан илоедами и неоднократно пропущен ими через кишечный тракт. Слоистость в результате этого была утрачена.
Доломитовые породы получили свое название в память об их первооткрывателе — французском минералоге Д. Доломье (1750—1801). Когда заходит речь о доломитах, в геологических статьях и руководствах появляются горестные нотки. «Немного известно пород, по вопросу о происхождении которых было бы высказано так много самых разноречивых мнений и предположений, и происхождение которых, тем не менее, оставалось бы столь же спорным и неясным, как происхождение доломитов», — сетует профессор М. С. Швецов (1885—1975). Лишь недавно было установлено, что в современную геологическую эпоху доломит накапливается в водных экосистемах, характеризующихся высокой соленостью, высоким pH вод и обильной растительностью (большой вклад в познание этого процесса внесли советские геологи Н. М. Страхов и Д. Г. Сапожников).
Доломитообразование в этом случае обусловливается средообразующей деятельностью автотрофного живого вещества: в ходе фотосинтеза растения извлекают из воды растворенную в ней углекислоту, что приводит к повышению pH и способствует химической садке доломита.
Существуют разнообразные доказательства образования доломита в результате жизнедеятельности организмов. Так, еще в конце прошлого века русский ученый, профессор Александр Андреевич Вериго (1837—1905) сообщил об интересных опытах по выяснению влияния бактерий на образование доломитов. По этим данным, ил, помещенный в пробирку и зараженный одним из видов бактерий, через полтора года существенно изменился: в нем появились желтовато-белые шарики, оказавшиеся при анализе доломитом; в контрольных же пробирках (без бактерий) образования доломита не наблюдалось. Позднее, уже в 50‑е годы, французский исследователь Ц. Лало пришел к выводу, что на мелководье в условиях интенсивного освещения бактериогенные карбонаты (в том числе и доломит) можно получить из любого осадка при достаточном количестве органического вещества и повышенной температуре.
К настоящему времени установлено широкое распространение доломитов, переполненных остатками цианобактерий, в отложениях разного возраста: пермских (Донбасс, Приуралье, Северная Америка), кембро-силурийских (Сибирская платформа) и позднедокембрийских (север Сибири, хребет Каратау). Наиболее характерными из них являются доломиты с обильными остатками цианобактерий рода Collenia.
Загадка доломита начинает проясняться.
Итак, биогенные карбонатные породы образуются в результате деятельности как планктонной, так и (в меньшей степени) донной пленки жизни в экосистемах Мирового океана и внутриконтинентальных водоемов. Интенсивность карбонатонакопления в геологическом прошлом в значительной степени определялась палеогеографической обстановкой и содержанием в атмосфере углекислого газа, выделяющегося при вулканических процессах. Член-корреспондент АН СССР Александр Борисович Ронов так формулирует основной закон карбонатонакопления: «Количество карбонатных осадков, отлагавшихся в ту или иную эпоху после докембрия, было прямо пропорционально интенсивности вулканической деятельности и площади распространения внутриматериковых морей».
Вспомним таблицы, систематизирующие характер и локализацию процессов, осуществляемых живым веществом, и его основные функции в биосфере (см. табл. 4, 5). Обратившись к ним, мы видим, что в формировании кальцитовых пород обычно проявляется концентрационная функция живого вещества, осуществляемая внутри организма (построение скелета) и значительно реже — средообразующая. При образовании же доломитовых пород главной является средообразующая функция (при подчиненной роли концентрационной), причем формирование доломита (за редчайшими исключениями) происходит не внутри, а вне организма.
Кремнистые породы во многом близки по своему происхождению к карбонатным. Кремнистыми называют горные породы, состоящие в основном из минералов кремнезема: опала, халцедона или кварца (обломочные кварцевые породы — песчаники и алевролиты — в эту группу не входят).
«Вся история кремния в океане целиком обусловлена процессами жизни», — писал Вернадский [68]. Достижения науки за последние полвека подтвердили этот тезис Владимира Ивановича. Установлено, что отложение кремнистых осадков осуществляется главным образом в морских экосистемах, в меньшей степени — в экосистемах континентальных водоемов (рис. 13). Осаждение кремнезема производят организмы, которые издавна называют «кремниевыми»: диатомовые водоросли, или диатомеи (они содержат 90% всего кремнезема, находящегося во взвеси в Мировом океане), радиолярии, губки и силикофлагеллаты, а в пресноводных озерах — почти исключительно диатомеи. Никаких признаков хемогенного осаждения кремнезема в современных водных экосистемах не обнаружено.
