Эволюция органического мира и биотические кризисы LVI сессия палеонтологического общества санкт-Петербург 2010

Нижний подъярус представлен трансгрессивной составляющей нижнепражского макроциклита и содержит раннепражский комплекс табулят: Parastriatopora rzonsnickajae Dubatolov, Alveolites krekovensis (Dubatolov), Scoliopora inconstans Alkhovik и др.; ругоз: Pseudoamplexus altaicus (Dybowski), Taimyrophyllum grande (Dun in Benson), Cystiphyllum (Zonophyllum) nesterowskii Peetz и др.; брахиопод: Gypidula pelagica (Barrande), Sulcicostula tichiensis (Alekseeva), Eoreticularia equitans T. Modzalevskaya, Protathyris sibirica Zintchenko и др.; конодонтов: Gagievodus marinae (Tarabukin), Eognathodus sulcatus sulcatus Philip и др. Верхний подъярус представлен регрессивной компонентой нижнепражского макроциклита и содержит раннепражский комплекс табулят: Squameofavosites bohemicus (Počta), Sq. frequens Smirnova, Striatopora tschichatschewi Peetz, Alveolites krekovensis (Dubatolov) и др.; ругоз: Pseudoamplexus altaicus (Dybowski), Taimyrophyllum grande (Dun in Benson); брахиопод: Innaechia retracta Baranov, Howittia kulkovi Gratsianova и др.; конодонтов: Eognathodus sulcatus kindlei Lane et Ormiston, Gagievodus proavusus (Sobolev), Vjaloviodus taimyricus (Kuzmin), P. miae (Bultynck) и др.

М.С. Бараш (Ин-т океанологии РАН)

ОРГАНИЗМОВ НА ГРАНИЦЕ МЕЗОЗОЯ И КАЙНОЗОЯ

Во время этого кризиса вымерло около половины родов морских организмов. В течение мела медленно деградировали ихтиозавры и плезиозавры, которые вымерли к концу периода. Характерные для мела иноцерамиды и рудисты, а также аммониты и белемниты также исчезли к концу мела. Исчезновение иноцерамид в начале позднего маастрихта считается глобальным и связывается с притоком богатых кислородом придонных антарктических вод. В разрезах Дании описано внезапное исчезновение большинства брахиопод в самом конце маастрихта, одновременно с массовым исчезновением планктона. Исследование нанопланктона в приграничных к КТ-границе слоях в области Тетис, Индийском океане и в Южной Атлантике показало, что вымирание нанопланктона было внезапным и синхронным на КТ-границе на всех широтах. Итак, часть организмов испытала деградацию раньше КТ-границы, другая, большая, часть испытала массовое вымирание точно на границе. Соответственно, образовались две противоположные точки зрения: более или менее длительная деградация в конце мела, которая завершилась катастрофой, и внезапная глобальная катастрофа.

Каковы свидетельства природных событий у КТ-границы? Выявлен сдвиг δ13С, обусловленный сокращением продуктивности из-за массовой гибели планктонных организмов. По δ18О бентосных фораминифер в начале и в конце маастрихта (70.5 и 66 млн лет назад) выявлено похолодание. Для последних трех млн лет маастрихта (~68.5-65.5 млн лет назад) в западной части Северной Атлантики по δ18О планктонных фораминифер определено повышение температуры на 6°C. Таким образом, в маастрихте похолодание сменилось потеплением, выявлены кратковременные колебания температуры. У КТ-границы отмечается пик соотношения 87Sr/86Sr. Он объясняется увеличением выветривания материковых пород и речного выноса радиогенного стронция в океаны в результате понижения уровня моря и расширения площади материков. Другая гипотеза связывает его с импакт-событием и кислотными дождями, увеличившими выветривание.

Важнейшим геохимическим свидетельством падения на Землю крупного болида (импакт-события) было открытие Альваресом и др. (1980 г.) иридиевой аномалии на КТ-границе в Губбио (Италия). Присутствие иридиевой аномалии на рубеже 65 млн лет назад было обнаружено во многих кернах глубоководного бурения и в разрезах на материках. Аномалия содержалась в пределах тонких слоев, что подтверждает разовое выпадение на дно осадка с чрезвычайно высокой концентрацией этого элемента. Альварес с соавторами рассчитали, что астероид должен был иметь диаметр порядка 10 км и двигаться со скоростью около 25 км/сек. Это катастрофическое импакт-событие должно было оказать губительное воздействие на биоту и послужить триггером ряда крупных изменений условий среды. Найдены и другие признаки импакт-событий – шоковый кварц, стекловатые сферулы микротектиты, цунамиты и, самое главное, ударные кратеры характерной структуры. Первым из них был найденный на шельфе п-ва Юкатан (Мексика) кратер Чиксулуб диаметром от 180 до 280 км с возрастом 65 млн лет.

Причины внезапного массового вымирания биоты остаются объектом дискуссий. К главным абиотическим причинам массового вымирания организмов в конце мелового периода относят изменения климата, уровня моря, мощные излияния базальтов (Индия и, возможно, Гавайско-Императорский хребет) и импакт-события.

В настоящее время наиболее активно развивается гипотеза импакт-событий. Удар крупного астероида должен был оказать губительное воздействие на морские и наземные организмы из-за понижения освещенности, изменения температуры, кислотных дождей и пожаров. Распространение облаков пыли, состоящей из частиц, выброшенных из кратера пород земной коры, и материала космического тела, снижало фотосинтез и нарушало всю пищевую цепь. Эффект должен был усиливаться пожарами. При падении астероида в океан выброс в атмосферу водяного пара должен был вызвать парниковый эффект. Удар астероида по карбонатным породам с большим содержанием CaCO₃ и CaSO₄, как это было при образовании кратера Чиксулуб на Юкатане, увеличивает в атмосфере содержание CO₂ и сернокислых аэрозолей. Это должно было приводить к выпадению кислотных осадков и повышению температуры на несколько градусов. В пределах кратера Чиксулуб были пробурены скважины, которые на глубине несколько сот метров прошли слой ударной брекчии с фрагментами кристаллических пород материковой коры, стекловатыми сферулами и характерными структурными признаками. У побережий Мексиканского залива найдены мощные отложения цунамитов.

Изучение разреза КТ-границы в скважинах Чиксулуба показало, что в течение небольшого интервала времени имели место, по крайней мере, два катастрофических события. Другим, еще более крупным импакт-событием мог быть удар болида, образовавшего гигантский кратер Шива в Индийском океане западнее Бомбея. Полагают, что он образовался около 65 млн лет назад. Возможно, он представляет собой только часть гигантского кратера размером 600×400 км и глубиной 12 км. Величину создавшего этот кратер болида оценивают около 40 км в поперечнике. Возраст кратера определен по возрасту подошвы декканских лав и перекрывающих палеогеновых осадков внутри котловины, по магнитным аномалиям хребта Карлсберг. Разрезы КТ-границы в Индии содержат иридиевые аномалии, ударный кварц, обогащенные никелем стекло и шпинель, отложения цунами. Признаки еще одного импакт-события обнаружены в Тихом океане (скважина DSDP 576 и соседние). Согласно этим представлениям, множественные удары астероидов, обломков крупного распавшегося астероида или кометы, в том числе Шива и Чиксулуб, последовательно падали на Землю, двигаясь по дуге «пояса Альварес». Кроме этих двух импактов, вероятно, имели место и другие, в частности, попавшие в океаническую область.

Найдено еще несколько ударных кратеров, образовавшихся в конце мела или у самой КТ-границы. В центральной части Украинского кристаллического щита обнаружен кратер Болтыш. Это кратер сложного строения, диаметром 24 км с центральным поднятием и глубиной дна около 1 км. Выбросы кратера покрывают площадь не менее 25000 кв. км. Ударный расплав образует «озеро» – кольцевой щит мощностью до 220 м, окружающий центральное поднятие. Возраст расплава, согласно Ar-Ar датированию, оценивается как 65.17 ± 0.64 млн лет, т.е. практически такой же, как возраст импакт-события Чиксулуб. Кратер заполнен осадками палеогена и неогена.

В Северном море у берегов Англии в 2001 г. при анализе сейсмических данных был обнаружен ударный кратер Силверпит диаметром 20 км и возможным возрастом 60-65 млн лет. Кратер залегает под слоем осадков мощностью до 1500 м при глубине моря 40 м. Кратер активно исследуется, и пока его возраст оценивается в интервале 74-45 млн лет.

В настоящее время считается, что среди известных кратеров у КТ-границы образовались кратеры Чиксулуб, Шива, Болтыш, Силверпит. Кроме того, имеется ряд известных кратеров, которые возникли либо в это же время, либо на несколько млн лет раньше.

В США, в штате Айова обнаружена кольцевая структура диаметром 35 км – кратер Менсон. Геофизические исследования показали, что в центре структуры находится поднятие кристаллического фундамента шириной 12 км. В породах фундамента обнаружен ударный кварц. В обрамляющем валу более древние слои залегают на молодых, что характерно для выбросов кратеров. По соотношению возрастов слоев, подвергшихся удару, и перекрывающего плаща ненарушенных отложений кратер Менсон появился в конце мела. В базе данных «Earth Impact database, PASSC» приводится возраст кратера 73.8±0.3 млн лет. Однако Френкель (1999 г.) сообщает, что в 1988 г. Ar-Ar-методом был определен абсолютный возраст ударного полевого шпата как 65.7±1 млн лет. В этом случае импакт-событие Менсон произошло у КТ-границы.

У эстуария Оби находится кратер Кара. Здесь обнаружены ударное стекло и ударный кварц. Геофизические исследования показали, что котловина кратера имеет диаметр 65 км, а центральное поднятие – ширину около 10 км. В троге котловины, между центральным поднятием и обрамлением, расположена толща брекчии мощностью 1-2 км. По гравиметрическим данным кратер Кара представляет собой структуру диаметром около 120 км. Френкель (1999 г.) сообщает, что возраст кратера Кара около 66 млн лет. Однако в базе данных (Univ. of New Brunswick) приведена цифра 70.3±2.2 млн лет.

Среди факторов деградации и гибели биоты в конце мела не мог не играть роли трапповый вулканизм. Около 65 млн лет назад вулканизм Декана должен был вызвать первичное разрушение морской пищевой цепи в глобальном масштабе. В верхнюю атмосферу выделилось несколько триллионов тонн токсичных газов (SO₂, HCl, СО₂) и пепла, которые должны были повлиять на глобальную пертурбацию в атмосфере, вызвать похолодание, кислотные дожди, уменьшение щелочности и pH приповерхностной воды океана, уменьшение озонового слоя, что разрушительно для морских и наземных экосистем. Понижению температуры, вызванному серными аэрозолями, противодействовало ее повышение, вызванное парниковыми газами, такими как СО₂.

Таким образом, постепенная деградация некоторых элементов биоты в конце мела могла происходить под влиянием разных вредных факторов – быстрых колебаний температуры, состава атмосферы, уровня моря и др., важнейшими были мощные извержения базальтов. Однако внезапное быстрое вымирание огромного числа организмов могло быть вызвано только катастрофическими событиями, такими как удары комет или астероидов. Сочетание в конце мела целого ряда вредных факторов, губительных для организмов и, казалось бы, не связанных между собой, может быть объяснено, вероятно, лишь общей первопричиной, находящейся вне пределов Солнечной системы, например, особенностями движения Земли через Млечный путь.

И.М. Барг (Днепропетровский нац. ун-т)
О ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИХ СВИДЕТЕЛЬСТВАХ ПРОЯВЛЕНИЯ

ФАЗЫ ШТИРИЙСКОГО ОРОГЕНЕЗА НА РУБЕЖЕ РАННЕГО И СРЕДНЕГО МИОЦЕНА В ЗАПАДНОМ И ВОСТОЧНОМ ПАРАТЕТИСЕ

Для проведения надежных стратиграфических границ особо важное значение имеет установление в геологических разрезах региональных перерывов, обусловленных регрессивным развитием данной территории. Показательно, что границы стратиграфических подразделений совпадают с границами этапов общих регрессий. Наилучшей формой контроля стратиграфических границ является их надежная увязка с тектоническим развитием территории.

Таким образом, регрессии в морских бассейнах являются ведущим фактором тектонической перестройки и обычно связаны с катастрофическим изменением палеогеографической обстановки.

Одной из главных особенностей Южной Украины в миоценовую эпоху является ее тектоническое положение рядом со складчатыми сооружениями, такими как Карпаты, Крым и Кавказ. Геологическое развитие этой территории тесно связано с интенсивным ростом этих горных систем, обусловивших крупные трансгрессии на территорию Южной Украины из районов Средиземноморья. Ослабление тектонической активности горных сооружений сопровождалось интенсивными регрессиями, приводящими к глубокой планации (выравниванию) территории. Одна из таких мощных планаций произошла на границе тарханского и чокракского веков и была вызвана штирийской фазой альпийского орогенеза. Эта фаза была названа по провинции Штирия юго-восточной Австрии. Она привела к растяжению внутренних частей Альпийского пояса и образованию ряда межгорных впадин, таких как Венская, Паннонская, Трансильванская и другие, вошедшие в состав Паратетиса. В это же время поднятие Гибралтарской дуги привело к отделению Средиземного моря от Атлантического океана.

В раннем миоцене Западный и Восточный Паратетис были связаны через территорию Предкарпатья и Молдовы, откуда карпатская (тарханская) трансгрессия прошла на юг Украины. Следы ее установлены на южном склоне Украинского щита и на Гераклейском полуострове Равнинного Крыма. Здесь в отложениях тарханского региояруса наблюдается многочисленная стеногалинная фауна средиземноморского типа.

Наши наблюдения над изменением солености, глубины бассейна, фациального состава осадков и характера органических остатков свидетельствуют как о возобновлении, так и о прекращении палеогеографических связей Восточного и Западного Паратетиса. По данным В.Н. Семененко (1993), штирийская фаза орогенеза чрезвычайно сильно проявилась в предчокракское время в Северном Причерноморье. На этой территории в результате мощной регрессии в конце тарханского века была выработана широкая денудационная равнина, простиравшаяся до 48° с.ш., т.е. до южного склона Украинского щита (УКЩ). В результате регрессии связь чокракского бассейна с раннебаденским бассейном Предкарпатья прекратилась (Барг, 1993), что подтверждается отсутствием нижнечокракских отложений в Северном Причерноморье и южном склоне УКЩ, а также находки в районе Никопольского марганцеворудного бассейна остатков гиппарионов Mastadon angustident между отложениями тарханского и караганского региоярусов. О подобной находке в предчокракских отложениях Керченского полуострова сообщал Г.И. Молявко (1960). Б.П. Жижченко (1940), Л.К. Габуния и О.Г. Бендукидзе (1984) указывали на наличие острова с беломечетской гиппарионовой фауной в раннечокракское время в Центральном Предкавказье. Континентальные нижнечокракские отложения установлены в основании Парпачского гребня на Керченском полуострове (Барг, 1993).

Крупный континентальный перерыв на границе чокрака и тархана установлен В.С. Косаревым (1971) в Западном и Центральном Предкавказье. Е.К. Вахания (1967) зафиксировал крупный континентальный перерыв между отложениями чокрака и более древними осадками в Грузии. О наличии подобного перерыва в долине р. Кура между чокраком и тарханом указывает З.В. Сахелашвили (1968). В.Н. Холодова и Р.И. Наумова (1996) установили грубообломочные конгломераты и пресноводную фауну в нижней части чокракских отложений на р. Урух (Большой Кавказ). Н.Б. Вассоевич (1959) привел данные о находках остатков корней злаков и камыша на границе чокрака и тархана в Южной Осетии, на высоте 1200-1500 м над уровнем моря. Наличие перерыва также фиксируется между чокраком и тарханом А.С. Застрожновым, С.В. Поповым и В.В. Савиным (1998) в районе Приманычья.

Важно подчеркнуть, что в Западной и Центральной Европе на границе аналогов тархана и чокрака (карпатия и бадения) зафиксирован крупнейший континентальный перерыв: в Польше (Luczkowska, 1997), Чехии (Ctyroky, 1987), Словении (Anicic, Znidarcic, 1997), Венгрии (Hamor, 1985), Румынии (Онческу, 1960) и Болгарии (Гончарова, 1989). О масштабах штирийской планации в Западном Предкавказье свидетельствует образование в тарханских отложениях глубокого каньона (до 400 м), который заполнен чокраком.

Таким образом, крупный континентальный перерыв в Крымско-Кавказской области, в Западной и Центральной Европе на границе тархана (карпатия) и чокрака (бадения) вызван штирийской фазой альпийского орогенеза, на что указывают находки пресноводной моллюсковой и гиппарионовой фауны. Исходя из этого, подтверждается правомочность отнесения тарханского региояруса к нижнему миоцену. Границу между нижним и средним миоценом необходимо проводить по кровле тархана.

Штирийскую планацию следует считать крупным геологическим событием катастрофического плана на указанном рубеже.

Подобные явления, но несколько меньшего масштаба, фиксируются в позднем миоцене в начале среднего сармата, когда трансгрессия моря достигла Днепровско-Донецкой впадины и снивелировала палеогеновые и раннемиоценовые формы рельефа. Именно в сармате в Евразии возникли сухопутные мосты, и началась массовая миграция гиппарионов.
А.А. Баренбаум (Институт проблем нефти и газа РАН)

ЭКОСИСТЕМНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ И БИОТИЧЕСКИЕ КРИЗИСЫ

КАК РЕАКЦИЯ БИОСФЕРЫ НА МОЩНЫЕ ГАЛАКТИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

(ГЕОХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ПРОБЛЕМЫ)

Известно также, что В.И. Вернадский полагал, что «часть вещества биосферы, может быть бóльшая, неземного происхождения, попадает на нашу планету извне, из космических пространств». Источник этого вещества – Галактика. «Солнце по своему значению на нашей планете – утверждал он – отнюдь не играет той исключительной роли, которую рисует планетный астроном. Влияние Млечного пути для нас, по-видимому, доминирует». Развивая эту свою мысль, В.И. Вернадский писал: «Земная кора есть область нашей планеты, чрезвычайно сложная по своему строению. Ее происхождение нам неясно. По-видимому, она в своей основе сильно переработана постоянно проникающими в нее космическими излучениями. Она представляет совершенно закономерное явление в истории планеты, своеобразный планетный механизм».

Данный «планетный механизм» В.И. Вернадский связывал с деятельностью биосферы, которую считал главной геологической силой развития Земли, причем космической: «В геологической истории нашей планеты есть времена большей или меньшей интенсивности геологических процессов. Наибольшая интенсивность этих процессов проявляется в пределах биосферы. Никакого объяснения этих фактов мы не знаем, но едва ли правильна мысль большинства геологов, что причину ее надо искать внутри планеты. Вернее всего она связана с активностью биосферы, с космичностью ее вещества. Причина лежит вне планеты». Однако эти взгляды при жизни В.И. Вернадского не нашли понимания коллег, ибо о влиянии Галактики на Землю тогда знали крайне мало.

В результате открытия явления струйного истечения вещества из центра галактик и создания галактоцентрической парадигмы удается выявить «планетный механизм» В.И. Вернадского, подтвердить его геохимическую природу и указать на ранее неизвестную важную роль, которую играет в этом механизме живое вещество.

Согласно галактоцентрической парадигме, при движении в космическом пространстве Солнечная система время от времени подвергается интенсивным бомбардировкам кометами струйных потоков и кометами спиральных рукавов Галактики. С кометами на Землю поступает большая масса космического углерода и воды, которые включаются в происходящий на Земле геохимический круговорот вещества. Падения комет приводят к гибели живых существ, похолоданию климата, вызывают резкие колебания уровня Мирового океана, меняют состав воздуха и воды, а также активизируют процессы магматизма, седиментации и рудообразования.

Влияние этих процессов на биосферу в самом первом приближении может быть изучено на основе теоретического анализа схемы геохимического круговорота углерода (Баренбаум, 1998). Ее анализ показывает, что в условиях периодического поступления на планету больших масс космического вещества, устойчивое функционирование геохимической системы требует обязательного вывода из активного обмена излишков углерода и их фиксацию на какое-то время в неких «резервуарах». Такими резервуарами – накопителями подвижного углерода, над поверхностью планеты являются Мировой океан, живое вещество, атмосфера, почвы и илы, а под поверхностью – подземные воды и флюиды, а также скопления нефти, газа и газогидратов.

При геохимическом равновесии системы выполняется требование:

= С = const,

(1)