Академия наук СССР дальневосточный научный центр

Красноцветные толщи девона, перми и триаса содержат карбонатные конкреции и слои из слившихся конкреций — так называемые мельничные жернова (cornstones). Они аналогичны каличе — карбонатным слоям плио-, плейстоценовых и голоценовых почвенных профилей семиаридных областей с сезонными дождями (Leeder, 1975). В последнее время показано значение ископаемых каличе для понимания седиментационных процессов и стратиграфической корреляции. Почвенный профиль формируется в течение нескольких тысяч лет. На юге США описаны разрезы, содержащие до 250 эпизодов образования каличе, разделенных кратковременными трансгрессиями (Smith D. В., 1974).

Нарушение карбонатной седиментации происходит в результате изменения глубины (при дрифте устанавливаются закономерные соотношения между возрастом карбонатов, глубиной и расстоянием от срединноокеанического хребта), растворимости карбонатов, развития донных течений. Изменения карбонатности отражают как климатические колебания, так и перестройки глобальной системы океанических течений (например, при образовании Панамского перешейка в плиоцене: Berger, 1972). Они служат важными стратиграфическими маркерами (Жижченко, 1973). В донных отложениях хорошо прослеживаются также
{182}

слои кремнистых пород, связанные с подводным вулканизмом.

Пепловые слои нередко прослеживаются на большие расстояния и служат надежными стратиграфическими маркерами. Их реперное значение возрастает, если они содержат биотит или санидин в количествах, достаточных для калий-аргоновой хронометрии. В отложениях мелового эпиконтинентального моря, пересекающих Северную Америку от Мексиканского залива до моря Бофорта в виде осадочной линзы шириной до 1000 км и мощностью около 3000 м, насчитывается 400 слоев бентонита, которые прослежены на расстояние от нескольких десятков до 3000 км. Более 20 слоев датированы калий-аргоновым методом. Тщательное изучение и картирование бентонитовых слоев позволило использовать их для привязки и контроля синхронности -границ многочисленных биостратиграфических зон.
ОЦЕНКА РЕФЕРЕНТНЫХ СЛОЕВ В ОБЩЕЙ И МЕСТНЫХ ШКАЛАХ
Слои, служащие для привязки первичной информации, по мере ее накопления получают оценку, позволяющую отбросить одни из них и выбрать другие в качестве реперов стратиграфических границ. Ценность стратиграфических признаков определяется историческим значением событий, которые они отражают. Э. Кауффман (Kauffman, 1970) измеряет ценность, или «надежность» (confidence level), числом эволюционных эпизодов в различных группах беспозвоночных: совпадение 15 событий обеспечивает высокий уровень надежности, 10 — средний и 5 — низкий. Уровни, к которым приурочено наибольшее число эволюционных событий, намечают положение границ между ярусами. Кауффман считает такой подход к определению ярусных границ более надежным, чем сопоставление с европейскими стратотипами по руководящим видам аммонитов и двустворок. Образование референтных уровней высокой надежности связано с регрессией эпиконтинентального моря. Образцом такого анализа я считаю работу Брайзона и его коллег (Bryson, et al., 1970), выполнивших компютерную оценку 620 референтных уровней (перерывы в осадконакоплении, трансгрессивные и регрессивные серии, таксономическое разнообразие и т. д.). Пики частот событий конвергируют к семи уровням, отвечающим рубежам голоценовой шкалы Блитта—Сернандера. Ценность референтного события, таким образом, адекватна силе воздействия и многообразию последствий. Хотя исчезновение пыльцы Castanea dentata, уничтоженной за 50 лет по всему ареалу грибком Endothia parasitica, маркирует отчетливый уровень в озерных осадках (Anderson, 1974), его стратиграфическая ценность невысока. Оценка факторов сингенеза в разделе III, главе 5 дает представление об их стратиграфическом значении.
{183}

Универсальную синхронность таких факторов, как тектогенез, трансгрессии и регрессии, изменения климата, невозможно доказать эмпирически, не замыкаясь в порочном круге. Ее можно лишь постулировать теоретически и пытаться затем фальсифицировать, опять-таки теоретически. Например, предположение о неглобальных эвстатических колебаниях в связи с изменением формы геоида фальсифицирует закон Штилле (синхронность эпейрогении). Изменения климата вызывают 1) сдвиг климатических зон, наиболее ощутимый в экотонах, где чередуются фации, принадлежащие различным зонам (например, угленосные и красноцветные толщи); 2) изменение энергетического уровня седиментационных процессов и соответственно мощности и гранулометрического состава осадков; 3) изменение соотношения окислительных и восстановительных процессов в педогенезе, хемогенном и органогенном осадконакоплении в болотах (эвторофная или олиготрофная среда), озерах (кислая или щелочная» среда), морях и океанах (нарушение циркуляции, развитие бескислородных придонных зон, изменение глубины растворения карбонатов); 4) нарушении органогенной седиментации на континентах (торфонакопление) и в океане (накопление кремнистых и карбонатных илов) за счет изменения продуктивности наземной растительности и планктона. Таким образом, климат так или иначе влияет на все области осадконакопления.

Однако ни один из факторов сингенеза не универсален в своих локальных проявлениях. «Атмосфера просто не ведет себя таким образом, что повсеместно или хотя бы на одном континенте сразу становится теплее, холоднее, суше или более влажно» (Bryson et al., 1970). Ю. Г. Леонов пишет: «Ни одно явление не обладает и, видимо, в принципе не может обладать всемирным распространением в буквальном смысле слова, обязательно сменяясь по латерали другими, связанными с ним (если речь идет об общепланетарном импульсе) явлениями. Выделение таких цепочек латерально взаимосвязанных, хотя и различных явлений, по существу, и представляет собой исследование орогенических фаз» (1976, с. 12). Это и есть корреляция по каузальным связям, или «сигналам» (Kitts, 1966). Она, по мнению Д. Киттса, передает лишь отношения до—после, но не синхронность, так как скорости распространения «сигналов» — относительной устойчивости различных экосистем — мы не знаем. В действительности признаки изменения разных экосистем в одних и тех же слоях (например, последние аммониты и динозавры в свите Ланс, США) доказывают синхронность. Следующие цифры характеризуют скорость климатического «сигнала»: вычисленный по колонкам буковых скважин разрыв между изменением скорости карбонатного осадконакопления (связано с изменением глубины растворения карбонатов) и образования кремнистых илов (зависит от продуктивности планктона) составляет 2600 лет, а между карбонатным осадконакоплением и изменением изотопного
{184}

состава кислорода (контролируется температурой) — 5600 лет (Pisias et al., 1975) —эти величины можно рассматривать как пренебрежимо малые в доголоценовой стратиграфии. Тем не менее каузальный подход чреват циркулярностью, так как о каузальных отношениях мы часто судим по временным (например, о геомагнитных инверсиях как причине вымирания). Я предпочитаю говорить о корреляции по следам взаимодействия в памяти различных экосистем. Такую корреляцию имел в виду К. Дилер, когда писал, что периоды правления Елизаветы в России и Марии Терезии в Австрии связаны с семилетней войной и, следовательно, совпадают (Diener, 1919).

Таким образом, референтные уровни высокой надежности связаны с событиями, одновременно нарушающими седиментационный процесс и биотическое равновесие. Такие события расцениваются как местные катастрофы. Действительно, в ряде случаев они развивались очень быстро. Трансгрессия палеозойского моря в Аппалачах продвинулась на десятки километров за несколько месяцев (возможно, даже за несколько дней). Подошва трансгрессивной свиты на этой территории образует синхронный уровень (Zangeri, Richardson, 1963; Newell, 1967). Биоценотической катастрофой можно считать и смену бореального хвойного леса хвойно-широколиственным на обширной территории Северной Америки в течение 600 лет (мгновенную в масштабах геологического времени). Она дает практически синхронный палиностратиграфический уровень (Ogden, 1967).

На первый взгляд, локальные катастрофы могут служить референтными событиями не более чем местного значения. Однако более широкий подход позволяет установить их связь с действием глобальных факторов, проявившимся повсеместно, хотя и с разной катастрофичностью. В этом отношении интересно катастрофическое пересыхание Средиземного моря на рубеже миоцена и плиоцена после мессинского «солевого кризиса». Донное бурение выявило широкое распространение мессинских эвапоритов с трещинами, усыханиями и другими признаками периодического осушения. На них несогласно ложатся глубоководные плиоценовые мергели с атлантической фауной. Перерыв в осадконакоплении составляет около 1,5 млн. лет. Резкой литологической границе в глубоководной части Средиземного моря соответствуют базальные конгломераты на шельфе (Cita, 1973). Они маркируют почти синхронный рубеж с небольшим возрастным скольжением с запада на восток. Полагали, что мессинские эвапориты образовались в глубоких депрессиях, расположенных значительно ниже уровня Мирового океана. Время от времени атлантические воды прорывали барьер на месте Гибралтарского пролива и в виде грандиозного водопада устремлялись в депрессию. Затем связь с океаном обрывалась и резервуары высыхали. Согласно этой модели, мессинский кризис — местное явление, обусловленное локальными тектоническими подвижками. Но

Н. Флемминг и Д. Роберте (Flemming, Roberts, 1973) высказали предположение, что пересыхание внутренних морей связано с глобальной регрессией, вызванной изменением скорости дрифта.

Р. Зоннефельд (Sonnenfeld, 1975) объясняет мессинский кризис изменением гидрологического режима. В тропиках водный дефицит внутренних морей компенсируется поверхностным притоком океанических вод, избыток солей выводится донным течением. В умеренном климате, наоборот, избыток опресненных вод выводится поверхностным течением, а приток соленых океанических вод образует донное течение. Сейчас воды повышенной солености выводятся донным течением из Средиземного моря через Гибралтарский пролив, но в холодные фазы плиоцена и плейстоцена происходила инверсия течений. Средиземное море в миоцене было связано с опресненными бассейнами Паратетис, о чем свидетельствует солоноватоводная фауна, сходная с черноморской. Сокращение выноса солей придонным течением привело к сероводородному заражению (под эвапоритами залегают черные сланцы), насыщению донных вод солями, постепенно заполнявшими мелеющий бассейн. Таким образом, средиземноморскую катастрофу можно связать с общим изменением климатических условий. Палеомагнитные данные свидетельствуют о формировании базальных слоев средиземноморского плиоцена в конце геомагнитной эпохи 5 (более 5 млн. лет назад). К этому уровню в океанических донных скважинах приурочена смена зональных форм планктонных фораминифер и наннопланктона (Berggren, Van Couvering, 1974) и преобладание левозавитых форм Pulleniatina. С ним связывают также оледенение Антарктиды (Drewry, 1975).

Важнейшие стратиграфические рубежи — границы подразделений международной шкалы высшего ранга — должны отвечать самому высокому «уровню надежности» в понимании Кауффмана. Этому требованию вполне удовлетворяет хорошо изученная граница маастрихта и датского яруса. В стратотипе и других детально изученных морских разрезах она отмечена резкой сменой фаций и несогласием (датские слои в северной Европе залегают на так называемом твердом грунте — корродированной поверхности маастрихтского мела), по-видимому, связанным с резким изменением глубины растворения карбонатов. К этой границе приурочено вымирание или резкое сокращение численности иноцерамов, рудистов, аммонитов, белемнитов, акул, морских рептилий, смена широко распространенных родов фораминифер, морских ежей и других групп. Некоторые морские разрезы переходных слоев считали более полными, чем датский стратотип, но детальные сопоставления (Hansen, 1970) показали, что базальные слои дания представляют собой практически синхронный уровень. В континентальных разрезах седиментационный перерыв обнаружить труднее, но в стратиграфическом интервале» отвечающем по сумме корреляционных критериев переходным

слоям морского маастрихта—дания, повсеместно отмечается резкая смена фаций и растительных сообществ, вымирание динозавров и архаических млекопитающих (Красилов, 1974б). Радиометрические данные (правда, еще малочисленные) подтверждают синхронность этих событий.

Маастрихт-датская граница, очевидно,— наиболее отчетливо выраженный в глобальных масштабах стратиграфический рубеж. Однако непрерывные разрезы переходных слоев между пермской и триасовой системами в морских фациях также исключительно редки (Левен, 1975, и др.). На этом рубеже вымирают фузулиниды, бластоидеи, трилобиты, доминирующие палеозойские группы губок, кораллов, мшанок, брахиопод, остракод и морских ежей (Rhoden, 1967). По Т. Шопфу (Schopf, 1974), число семейств беспозвоночных сократилось в два раза. Связь этих событий с тектогенезом и климатическими циклами мы уже обсуждали в разделе III, главе 5. Здесь нас интересует главным образом проблема оценки референтных слоев. Такие уровни, как «твердый грунт» в кровле писчего мела, прослеживаются в ряде стран, достоверно коррелируются с аналогичными поверхностями от побережья Мексиканского залива до Гималаев и отчетливо фиксируются в сейсмических профилях донных отложений Атлантического и Тихого океанов. Однако в большинстве случаев распространение референтных слоев ограничено одним седиментационным бассейном, где они определяют положение границ стратиграфических подразделений местной шкалы — свит и серий. Если это слои высокого уровня надежности, маркирующие референтные события более чем локального значения, то можно рассчитывать найти в разрезах иной фациальной и провинциальной принадлежности эквивалентные слои, отвечающие тому же событию. В этом, по мнению автора, заключается единственно возможный подход к международной стратиграфической корреляции. Единицы местных стратиграфических шкал при таком подходе выступают, как локальное воплощение международных стратонов — единственно возможная форма их существования (Красилов, 1974а). Если границы подразделений общей шкалы «секут» местные границы, то, очевидно, те или другие проведены по референтным слоям невысокого уровня надежности и, следовательно, нуждаются в пересмотре.

Эти представления существенно отличаются от традиционной интерпретации местных стратонов — свит и серий — как геологических тел, не совпадающих с подразделениями международной шкалы. Поскольку границы международных подразделений проводят главным образом по смене биофоссилий, которые содержатся в местных «физических телах», то приходится постулировать 1) независимость биостратиграфических критериев от местной литологии или 2) двойную природу биофоссилий: с одной стороны, такие же признаки осадочных пород, как минеральный или гранулометрический состав, а с другой — продукты необра-

тимого эволюционного процесса — основы международной шкалы (Williams, 1894; Schenk, Muller, 1941; Rodgers, 1959; McLaren, 1959). Оба эти постулата приходится решительно отвергнуть. Каждому геологу, вероятно, приходилось встречать один и тот же вид биофоссилий в известняке и глине. Но видеть в этом доказательство независимости биофоссилий от фаций — непростительная наивность. Реккуренция биофоссилий в ритмических толщах — обычный феномен. В начале века Р. Ведекинд (Wedekind, 1916), и особенно Клюпфель, показали совпадение фаунистических зон с трансгрессивно-регрессивными циклами. В разрезах юрских отложений эпиконтинентальных морей биозоны родов или даже целых семейств нередко ограничены одним циклом. В регрессивных частях циклотем чаще встречаются аномальные формы роста — продукт гиперморфоза. Наиболее резкие фаунистические границы связаны с сероводородным заражением донных вод (Duff et al., 1967). По Б. М. Келлеру (1976), первые скелетные формы появляются в пачках мергелей среди юдомских. доломитов. При такой строгой фациальной приуроченности эволюционное событие глобального значения выглядит как локальный феномен. Примеры смены биофоссилий в «литологически однородной» толще указывают лишь на дефекты литолого-фациального анализа. Так, битуминозные глины британского лейаса служили примером однородной толщи до тех пор, пока А. Холлэм (Hallam, 1960; Duff, 1975) не выделил здесь несколько литофаций с характерными для каждой из них сообществами. Еще пример: детальное изучение меловых отложений п-ова Пакса на севере Сибири показало совпадение аммонитовых и геохимических зон (Захаров и др., 1974). Д. Макларен пишет, что «появление или исчезновение фауны помогает распознать смену фаций, так как организмы более чувствительны к таким сменам, чем современный исследователь, и указывают ему на изменения, которые он проглядел» (McLaren, 1959, р. 738). В то же время, по-мнению этого автора, сходство «фациальных биофоссилий» — один из признаков физической непрерывности, тогда как «эволюционные изменения» нередко свидетельствуют о диахронности (возрастном скольжении) непрерывных физических тел. Под, «эволюционным изменением» в биостратиграфии обычно подразумевают увеличение частоты фенотипа, редкого в подстилающих слоях. Изменения частот фенотипов происходят одновременно во многих популяциях космополитных видов (раздел IV, глава 3), но это отнюдь не значит, что они не связаны с изменением среды. Напротив «эволюционные изменения» биофоссилий в той или иной «части» физического «тела» показывают, что эта «часть» образовалась в иной среде. Они помогают понять, что местные стратоны — это классы, а не тела. Только слой в стратиграфии (но не в минералогии или геохимии) выступает в роли-индивида, или тела. Слой не может быть диахронным, так как это элементарная единица стратиграфической классификации

(аналогично организм не может одновременно принадлежать двум видам).

Стратиграфическая корреляция устанавливает временные отношения между слоями, а не внутри слоя. Примеры возрастного скольжения относятся не к слою, а к группе слоев, ошибочно объединенных в один класс (свиту или пачку) на том основании, что они якобы составляют непрерывное «тело». Многих недоразумений удастся избежать, если признать, что 1) нет биофоссилий, не зависящих от фаций (Ziegler, 1971), 2) эволюционные события связаны с изменениями среды и 3) местные стратоны — это классы, а не индивиды.

В последние годы в качестве референтных уровней глобального распространения стали использовать палеомагнитные эпизоды. Детальная палеомагнитная шкала, состоящая из эпох нормальной и обратной полярности, 10° лет с эпизодами 10⁵ лет разработана для мела и кайнозоя (Храмов, 1958; McElhinny, 1973). Для более древних периодов шкала гораздо менее детальна. Пионерами магнитостратиграфии были Б. Брунес и М. Матуяма, именами которых названы эпохи (эпизоды получили географические названия). Шкала состоит из спокойных (с редкими инверсиями) и нарушенных интервалов, причем полярность спокойного интервала, как правило, совпадает с полярностью следующего нарушенного интервала (Irving, Pullaiah, 1976). Вместе они составляют геомагнитную зону (около 10⁸ лет). По современным представлениям, инверсии геомагнитного диполя объясняются кумулятивным влиянием недипольных полей, возникающих в результате возмущений на контакте ядра и мантии. Они каузально связаны с тектогенезом и не могут служить независимыми геологическими часами (рис. 34).

познают главным образом по приуроченным к ним радиометрическим датировкам и палеонтологическим уровням. Например, эпизод нормальной полярности Олдувай установлен в толще вулканитов Олдувайского ущелья. В донных скважинах к нему относили нормально поляризованный интервал с калий-аргоновым возрастом около 2 млн. лет. Выше него выделяли эпизод Гилса (около 1,6 млн. лет). Однако повторная датировка олдувайских пород 1,7 млн. лет назад приблизительно совпадает с возрастом эпизода Гилса. Таким образом, в донных скважинах интервал Гилса согласились называть Олдувай, а более древнему эпизоду «Олдувай» пришлось дать новое название Реюньон. Наконец, было высказано предположение, что в разрезах с малой скоростью седиментации эти эпизоды сливаются в один (Реюньон-Олдувай). В. Берггрен и Дж. Ван Куверинг попытались связать с одним из них или хотя бы с объединенным эпизодом Реюньон-Олдувай плиоцен-плейстоценовую границу. Палеомагнитное изучение пограничных слоев в стратотипе показало, что они имеют обратную намагниченность. Это в лучшем случае свидетельствует о их принадлежности эпохе Матуяма (Watkins et al., 1974). Высказывается смелое, но, к сожалению, слабо обоснованное предположение, что эти слои могут соответствовать промежутку между Реюньон и Олдувай.

Хотя значение геомагнитных инверсий как референтных событий само по себе невелико, они обычно сопутствуют изменениям климата (Kennet et al., 1971; см. также раздел III, главу 1). В целом следует согласиться с X. Хедбергом в том, что палеомагнитная полярность, как и радиометрические датировки,— это частные элементы интегральной системы корреляции.

Разногласия по поводу границ плиоцена и плейстоцена хорошо иллюстрируют различное значение референтных слоев в хроностратиграфической и экостратиграфической классификациях. Разногласия настолько велики, что некоторые авторы проводят эту границу на хронометрическом уровне, отвечающем границе миоцена и плиоцена в понимании их оппонентов. Продолжительность плиоцена соответственно колеблется от 1 до 3,2 млн. лет.

Анализ датировок в работе В. Берггрена и Дж. Ван Куверинга позволяет наметить следующие радиометрические даты, к которым приурочены наиболее важные эволюционные и палеоклиматические события.

1. 4,9–5,1 млн. лет, конец палеомагнитной эпохи 5: вымирание Globoquadrina dehiscens и появление Spherocidinella dehiscens s. l., и Globoratalia tumida среди планктонных фораминифер; появление Ceatolithus amplificus среди наннофоссилий; уровень, на котором преобладают левозавитые формы Pulleniatina, датируется 4,8 млн. лет, а экспансия криогенных отложений в антарктических морях — около 4,5 (начало эпохи Гильберт).

2. 3–2,8 млн. лет, начало нормальной эпохи Гаусс: появление широко распространенной формы Sphaeroidinella dehiscens
{190}

dehiscens; вымирание Prunopyle titan и Lychnocanium grande в Антарктике; появление Pulleniatina obliquiloctilata и Globigerinoides fistulosa; замещение Globoquadrina crassa G. tosaensis; замещение термофильной Globoquadrina altispira криофильной Globorotalia inflata; пик плиоценового похолодания (около 2,4 млн. лет, граница эпох Гаусс и Матуяма);

3. 2–1,6 млн. лет, нормальный эпизод Реюнион-Олдувай: вымирание Discoaster browveri среди наннофоссилий и Globigerinoides obliqua среди планктонных фораминифер; замещение Globorotalia tosaensis G. truncatulinoldes, появление Gephyrocapsa spp.; появление мелководных криофильных фораминифер Hyalinea baltica в Средиземноморье; смена правозавитых форм Pulleniatina левозавитыми.

4. 0,7–0,6 млн. лет, граница эпох Матуяма и Брунее; смена правозавитых форм Globigerina левозавитыми; начало континентального оледенения Европы.

Эти рубежи связаны с ухудшением климатических условий несколько опережающем пики оледенении. Выбор границы миоцена и плиоцена колеблется между (1) и (2), а границы плиоценаг и плейстоцена — между (2) и (4). Хроностратиграфическим репером нижней границы плейстоцена признан слой G—G — калькаренит — с Arctica (Cyprina) islandica в стратотипическом разрезе Санта Мария ди Катанзаро, обозначенный М. Жинью как основание калабрия. Ни одно из перечисленных выше событий не приурочено к этому слою. Discoaster brouweri исчезает ниже него, возле основания так называемого песчаного калабрия. Здесь же появляется Hyalinea balthica. Находки Globorotalia truncatulinoides неточно привязаны к разрезу. Берггрен и Ван Куверинг предположили, что эти фораминиферы в стратотипе были найдены в 20 м выше референтного слоя. Границу зон G. tosaensis и G. truncatulinoides здесь определить невозможно, так как первый вид не найден. Некоторые авторы проводят нижнюю границу плейстоцена по появлению Hyalinea balthica в песчаном калабрии. Нетрудно убедиться, что уровень надежности этих слоев гораздо выше, чем слоя G—G. К тому же определенность экологической характеристики Н. balthica позволяет связать эту важную границу с действием такого глобального фактора, как климат. Однако Берггрен и Ван Куверинг решительно возражают против смены референтного слоя, так как принципы хроностратиграфической классификации, требуют незыблемости реперов, определяющих объем стратона. Эти авторы утверждают, что «хроностратиграфические границы не определяются соображениями «удобства». Они есть. Они существуют. Наиболее надежное средство распознавания и прослеживания хроностратиграфических границ — это палеонтологическая летопись». На практике же проведенная ими корреляция различных разрезов со стратотипом основана на признаках слоев, лежащих ниже репера G—G (исчезновение Discoaster, появление Gephyrocapsa