Биономический анализ

Биономический анализ – это изучение ориктоценозов с целью восстановления условий обитания организмов и палеогеографических обстановок. Ориктоценоз («ископаемое сообщество») - это сохранившаяся в ископаемом состоянии группировка самых различных по происхождению остатков организмов. Путь исследования – воссоздание палеобиоценозов (сокращенно палеоценозов), изучение остатков организмов, восстановление их образа жизни и среды обитания, в конечном итоге – палеогеографии. Решение этой задачи осложняется тем, что в ряду палеоценоз – танатоценоз (совокупность в каком либо месте остатков организмов, живших здесь и привнесенных сюда из других мест) – тафоценоз (остатки перемещенных организмов) – ориктоценоз происходит существенное изменение комплекса остатков организмов. Поэтому ориктоценоз может являться скоплением небольшой части организмов, некогда входивших в различные палеоценозы (рис. 2.2).

При биономическом анализе следует идти в обратном направлении – анализируя ориктонозы, восстанавливать облик отдельных организмов и затем переходить к реконструкциям древней географической обстановки с палеоценозами. Прежде всего, изучают остатки отдельных организмов, входивших в палеобиоценоз. Принадлежность остатков к той или иной система-тической группе указывает на определенную обстановку, так как каждая группа организмов обитала в определенных условиях. Затем переходят к изучению экологических групп организмов и, наконец, к палеобиоценозу (палеоценозу) в целом. Видовой состав сообщества свидетельствует о нормальной (виды разнообразны, количество особей может быть незначительным) или о специфической (видов мало, но большое количество особей) обстановках обитания.

Ценные сведения можно получить при изучении формы тела или его положения, особенно у сидячего бентоса, а также размеров тела, толщины створок раковины. Не менее важную информацию даёт исследование следов жизнедеятельности организмов (палеоихнология): следы ползания по дну, зарывания в донные осадки, сверления в твердом субстрате и т. д. Всё это указывает на тип среды (водная, воздушная), газовый режим, динамику среды и характер грунта.

Особенности захоронения позволяют делать выводы о движениях водной среды. Скопление ломаной, окатанной или целой ракуши свидетельствует о переносе течениями или волнами, ориентировка в пространстве удлиненных раковин указывает направление движения воды, остатки скелетов с сохранившимися тонкими деталями – о спокойной водной среде осадконакопления.

Биономический анализ заключается в определении фаций преимущественно на основе изучения органических остатков, следов жизнедеятельности организмов. На образ жизни различных организмов влияет ряд факторов.

Глубина бассейнов определяет освещённость давление (оно через каждые 10 м глубины увеличивается на 10⁵ Па), смену газового режима. Для жизни животных и растений наиболее благоприятны небольшие глубины. С их увеличением число видов и количество биомассы значительно уменьшается. На больших глубинах она в 100-200 тысяч меньше, чем на шельфе, где сосредоточено около 83% всей биомассы бентоса. Определить глубину древних бассейнов сложно и возможно только по остаткам бентосных организмов. На небольших глубинах обитали водные растения и разнообразные рифостроители: известьвыделяющие водоросли (строматолиты), археоциаты, кораллы, строматопораты. Массовые поселения брахиопод и двустворок характерны для морского дна неглубокого бассейна. На мелководье располагались брахиоподовые и пелециподовые банки, заросли морских лилий.

Относительное мелководье или шельф – зоны литорали и неритовая, сравнительное мелководье – эпиконтинентальные бассейны. Глубоководные области – континентальный склон (батиаль) и дно океана – абиссаль.

Солёность бассейнов. Измеряется в промилле (1%=1г/л). Солёность Мирового океана составляет 35%, открытых морей близка к этому значению, внутренних бассейнов, или глубоко вдающихся в континент, отличается. В Красном море она 43%, Каспийском – 17, Балтийском – до 9. В пресноводных бассейнах солёность ниже 0,5%, солоноватоводных – 5-15, осолонённых – свыше 45%. Солёность древних бассейнов также колебалась, состав солей в них менялся. Наиболее богатая и разнообразная фауна обитает в морях нормальной солёности. Так в Средиземном море число видов превышает 8000, а в Азовском (16%) сокращается в 15-20 раз. В бассейнах с ненормальной солёностью условия благоприятны для немногих видов, однако при этом может резко возрастать их продуктивность. Для таких бассейнов часто характерны бедность видами и богатство особями. Изменение солености приводит к «угнетенному» облику фауны: уменьшаются размеры раковин (например, двустворка Cardium edule в Кильской губе имеет длину 44 мм, а Ботническом заливе всего 18 мм), они становятся тоньше, упрощается их скульптура.

Выделяются виды эвригалинные и стеногалинные. Первые выдерживают колебания солёности, вторые могут жить только в водах нормальной солёности. К стеногалинным формам относятся колониальные кораллы, иглокожие, головоногие моллюски, брахиоподы, трилобиты. Только единичные представители перечисленных групп могли переносить изменение солености. Эвригалинные – это пелецеподы, мшанки, ракообразные, черви, водоросли, бактерии. Наиболее выносливы последние четыре группы. По органическим остаткам выясняют, в каком по солёности бассейне обитали животные.

Свет необходим для фотосинтеза растений. Наиболее освещены верхние 10 м водной толщи, а он проникает обычно до глубин 80 м. По освещённости выделяется эвфотическая (поверхность-30-80 м), дисфотическая (30-80-200 м) и афотическая (глубже 80-200 м). На освещённых глубинах моря наиболее богатый растительный, а, следовательно, и животный миры, а ниже отметки 200 м царит полный мрак. Развитие растительности в освещенных верхних слоях воды (до глубины 50-80 м) и на мелководье приводит к тому, что здесь существует наиболее богатый животный мир, представленный растительноядными формами, разнообразными хищниками, трупоедами и илоедами. Проникновение солнечного света на глубину зависит от прозрачности воды и географической широты местности. В Средиземном море белый диск, опущенный в воду, виден до глубины 60 м, в Белом – до 8-9 м, в Азовском – до 3 м, а в летнее время из-за массового развития одноклеточных водорослей снижается до 10-12 см.

Температура воды определяется географической широтой, временем года, глубиной бассейна. Вода отличается большей термостабильностью, чем воздух, у неё низкая теплопроводность. В бассейнах существует «температурная слоистость». Так, зимой холодные воды подо льдом располагаются на более теплых, а летом более легкие прогретые воды находятся вверху. Такие условия благоприятны для обитателей водной среды. Температура воды в Мировом океане обычно колеблется от -2 до 20 °С, наивысшая – 36 °С. Все глубинные области заполнены холодными водами.

Относительные значения температур могут быть определены по биоценозам животных и растительных сообществ. Температурный фактор сильно сказывается на жизнедеятельности литоральных бентосных и планктонных форм. Он определяет саму возможность существования организмов, вызывает изменение размеров и формы тела, регулирует темп роста и влияет на продолжительность жизни. Наиболее восприимчивы к температурному режиму планктонные водоросли, среди которых особенно важны кокколитофориды и диатомовые. Важные сведения о температурах морских вод и прилегающих континентов дает анализ споро-пыльцевых комплексов, захороненных в прибрежных осадках.

Выделяют эвритермные и стенотермные организмы. Первые переносят колебания температуры, вторые – нет. Так, колониальные кораллы не переносят температуры ниже 20 °С. Наиболее богатая и разнообразная фауна в тропических морях. В них раковины животных более толстые, массивные, с богатой скульптурой. В холодной воде растворимость карбоната увеличивается, поэтому осадки морей полярных и умеренных широт обеднены им, а раковины обитающих здесь животных тонкие и с простой скульптурой. Температура воды влияет на растворимость фосфатов, большую в холодных водах. В зонах апвеллинга (выходов холодных вод, несущих фосфор, на поверхность) развита бурная жизнь. Органика, попадающая в осадок после отмирания организмов и растений, фоссилизируется и превращается затем в фосфориты.

Газовый режим определяется содержанием О₂, Н₂S, СО₂ и имеет большое значение для водного населения. Кислород поступает из атмосферы и выделяется водными растениями. Он необходим для нормальной жизнедеятельности организмов. Содержание кислорода, необходимого организмам для дыхания, зависит от температуры и характера циркуляции вод. Проникновение этого газа в глубокие части бассейнов зависит от вертикального распределения плотности и солености вод, перемещения водных масс. В водах полярных морей кислорода почти в два раза больше, чем в тропических.

Углекислота выделяется в воду организмами и поступает в неё во время вулканической деятельности. Углерод потребляется фото- и хемосинтзирующими растениями и расходуется на химические соединения. С повышением температуры и солёности содержание СО₂ снижается. В высоких концентрациях он ядовит. На ненормальный газовый режим указывает присутствие в осадках большого количества мелких кристаллов пирита или сидерита, приуроченных к плоскостям напластования.

Сероводород образуется в результате деятельности бактерий и для водных животных смертелен. Пример – Чёрное море с сероводородным заражением на глубине. В зонах с сероводородным заражением осадки обогащены органическим веществом и в ископаемом состоянии дают черносланцевые формации.

Движение воды в прибрежной зоне и на морском дне (действие волн, течения, приливы и отливы) заставляет организмы вырабатывать различные приспособления. Это толстые раковины, прочные постройки, способность прикрепляться ко дну путём всверливания или приклеивания. В зонах подводных течений на скалистом грунте обитают прирастающие животные (например, кораллы, строматопораты)..

Движение воды усиливает газовый обмен, что способствует расцвету жизни. При этом создаётся окислительная среда. В противном случае возникает восстановительная обстановка. В застойной среде у дна часто развивается сероводородное заражение. Для таких условий характерно обогащение пород органикой и их темно-серый или черный цвет. В окислительных обстановках при свободном доступе кислорода цвет пород обычно желтый или бурый.

Характер грунта во многом определяет способность животных приспосабливаться к жизни и определяет расселение донных животных. Наиболее благоприятен песчаный грунт для перемещающегося, временно или постоянно зарывающегося бентоса. У зарывающихся полностью или частично брахиопод и двустворок изменяются форма раковины, её скульптура и внутреннее строение (рис. 2.3), раковина становится длиннее.

Рыхлый грунт менее благопри-ятен, кроме зарывающихся организмов, требует у них дополнительных скелетных элементов. У морских лилий появляются образования, напоминающие корни. Раковины моллюсков и брахиоподы становятся широкими и плоскими, непогружающимися в грунт. Подобной цели служат иглы у некоторых морских ежей, шипы, иглы, выросты на раковинах брахиопод, двустворок и гастропод. В рыхлом грунте сохраняются следы жизнедеятельности илоядных форм, например, ходы червей.

На твёрдом грунте формы при-крепляются с помощью цемента. Многие пелециподы и брахиоподы образуют банки, нарастая друг на друга. Кораллы, археоциаты, строматопораты растут на твёрдом грунте. В него всверливаются разнообразные камнеточцы. Некоторые присасываются к грунту, другие подвешиваются с помощью биссуса. Обитание на определённом грунте отражается в твёрдых скелетных элементах. Поэтому по остаткам бентосных форм можно судить о типе грунта, на котором они жили.

При биономическом анализе важное значение имеет изучение характера захоронения комплекса ископаемых органических остатков – ориктоценозов. Обычно различают два типа захоронений: палеобиоценоз – захоронение на месте (рис. 2.4) и тафоценоз – результат переноса (рис. 2.5). В последнем случае органические остатки связаны общим местом захоронения, сортированы обычно по крупности. Скелетные организмы принимают наиболее устойчивое положение: вытянуты параллельно движению, раковины ориентированы выпуклой створкой вверх и т.д. В таком случае происходит совместное захоронение остатков животных, обитавших в разных условиях, например, на скальном и рыхлом грунтах. При отсутствии переноса остаются на месте крупные и мелкие экземпляры.

2.3.

Литологический анализ озволяет восстановить палеогеографическую обстановку путём исследования осадочных горных пород в целом и отдельных их частей. Он заключается в изучении структурно-текстурных и минералогических особенностей горных пород. При этом производится ряд операций.

1. Установление типов пород. Различают три их типа – обломочные, хемогенные, органогенные, а также их промежуточные разности. Разделение пород идёт по минеральному составу. Выделяются моно- и полиминеральные породы. Среди первых соли, карбонаты, каолины, среди вторых – обломочные, глинистые. По составу пород определяют петрофонд, удалённость источников сноса, степень выветрелости, терригенное или аутигенное происхождение осадков, тип климата (по солям, глаукониту, гипсам, углям, каолинам, бокситам, монтмориллонитам)

2. Окраска пород. Используется только в комплексе с другими признаками. Белый цвет характерен для кор выветривания на безжелезистых породах, мелов, чистых кварцевых песков, чёрный и серый – для пород гумидного литогенеза, содержащих органику и сопутствующие им сульфиды. Зелёная окраска обычна в морских условиях, и придаёт её осадкам глауконит и хлориты, в состав которых входит двухвалентное железо. Его редукция происходит в восстановительных условиях в присутствии органики. Красные оттенки цветов придают тонкорассеянные в породе частицы оксида трёхвалентного железа, характерные для пустынных отложений и кор выветривания гумидных зон на железосодержащих породах.

3. Текстурные признаки. Среди них различают внутрислоевые и на поверхности слоя. Все отложения делятся на слоистые и неслоистые или массивные. Последние образуются в условиях постоянного, слоистые – переменного осадконакопления. Выделяется параллельная и косая слоистость (рис. 2.6). Первая формируется в спокойной водной среде, вторая – при движении воды или ветра. Параллельная слоистость может быть простой линейной, прерывистой, равномерной и неравномерной, ритмичной (градационной). Причины её образования разные – сезонные, климатические, передвижение береговой линии, смена источников сноса. Косая слоистость бывает разно- и однонаправленная. Первая характерна для морских и эоловых отложений и вызвана сменой напра-влений ветров, вторая – для речных образований потокового типа.

Текстуры поверхностей напластования – знаки на поверхности слоёв могут быть неорганического (механоглифы) и органического (биоглифы) происхождения. Ими занимается специальный раздел палеонтологии – палеоихнология. Среди рассматриваемых текстур устанавливаются знаки ряби – симметричная и несимметричная. Первая отмечается только в водной среде, вторая - как в водной, так и в воздушной средах. Водная рябь отличается от воздушной по индексу ряби (отношение ширины валика к его высоте). У водной он 5-10, у ветровой – от 20 до 50. Кроме того, отмечаются многоугольники высыхания, глиптоморфозы по кристаллам каменной соли, следы струй течения, стекания; отпечатки капель дождя, града, следы жизнедеятельности различных организмов, в том числе четвероногих и птиц, ходы илоедов, нерасшифрованные знаки – иероглифы

4. По структурным особенностям – размерам зерен, частиц, их расположению, форме обломков, сортировке, степени окатанности, минеральному составу, характеру поверхности обломков, составу цемента определяются условия образования пород.

Размер обломков позволяет судить о характере рельефа, удалённости областей питания, скорости движения воды. Наиболее крупные обломки располагаются близко к источнику сноса. Так, грубо- и крупнообломочный материал располагается непосредственно у подножия горной страны, с удалением от которой размеры обломочных частиц уменьшаются. Сортировка свидетельствует о длительности переноса материала. При изучении сортировки учитывают состав обломочного материала, так как породы и минералы имеют разную плотность и в разной степени повержены разрушению. Наиболее сортированными считаются морские отложения, менее сортированными – речные, несортированными - моренные отложения, осыпи, обвалы, селевые образования.

Форма обломков определяется составом разрушающихся пород, их сланцеватостью, слоистостью. При разрушении тонкослоистых листоватых сланцев получаются пластинчатые обломки. Округлая форма характерна для массивных пород. В морских отложениях образуется уплощённая галька, в аллювиальных - округлая. В пустынях под действием ветра формируются эоловые многогранники. Утюгообразные валуны присущи ледниковым отложениям.

Степень окатанности зависит от состава пород (более мягкие легче окатываются), от первоначальной формы обломков, скорости и длительности транспортировки. Выделяется пять категорий окатанности обломков: неокатанные, угловатые, полуугловатые, полуокатанные и окатанные. Наиболее окатанные образуются в море, в прибрежно-морской зоне, угловатые – в конусах выноса временных потоков, делювии, моренах. В речных песках преобладают полуугловатые и полуокатанные зерна, в дюнных – окатанные.

Характер поверхности обломков определяется их составом и средой образования. В подвижной водной среде поверхность гравия, галек и валунов гладкая, в пустынях обломки покрыты пустынным «загаром», в моренных отложениях на обломках наблюдаются штрихи, бугорчатая и шероховатая поверхности характерны для полиминеральных пород.

Расположение обломочного материала позволяет установить направление и характер движения воды. Так, в русле реки удлиненные гальки разворачиваются по течению. В зоне прибоя удлиненные обломки располагаются почти параллельно береговой линии. В русловых отложениях нередко наблюдается черепитчатое наложение галек. О направлении движения воды в потоках можно судить по косам, находящимся за крупными валунами и обломками.

5. Минералы-индикаторы условий формирования пород обычно имеют аутигенный генезис. Так пирит и марказит образуются в среде сероводородного заражения и восстанови-тельных условиях, гематит – в окислительной обстановке, сидерит – в мелководных лагунах и морских заливах гумидного климата. Для аридных областей характерны гипс, доломиты, соли, образующиеся в озёрах и лагунах. Фосфаты формируются в зоне шельфа, шамозит тяготеет к его верхней части, а глауконит – типичный продукт подводного выветривания – гальмеролиза.

6. Общегеологические данные также необходимо учитывать при фациальном анализе. Это определение площади распространения отложений, их мощностей, взаимоотношений с подстилающими и перекрывающими образованиями, а также сменяющими их по латерали. В закрытых районах нужны данные сейсмографии, которые позволяют выявить рифовые массивы, зоны выклинивания песчаных толщ, клиноморфное глубоких впадин осадками.

Важной задачей является выявление контуров морских бассейнов. Граница между ландшафтами суши и моря всегда условна и восстанавливается по взаимному расположению континентальных и морских отложений, по некоторым особенностям осадочных пород, образованных как на берегу моря, так и на подводном склоне, по формам рельефа и результатам деятельности геологических процессов. Близость берега определяют по наличию отложений пляжа, представленных галечниками, крупнозернистыми песками, реже глинистыми породами с трещинами усыхания, следами капель дождя, линзами песков, обогащенных рудными минералами. О близости к берегу свидетельствует появление дельтовых и лагунных отложений.

1. Стадия гипергенеза включает мобилизацию вещества в источниках сноса в результате физического и химического выветривания.

2. Стадия седиментогенеза – перенос и осаждение вещества. Оно начинается на путях переноса и завершается в бассейнах седиментации. Выделяют различные типы литогенеза: гумидный, ледовый, аридный и эффузивно-осадочный.

3. Стадия диагенеза – преобразование осадков и возникновение осадочных пород. Это физико-химические и органические процессы. Происходит уплотнение осадка, уменьшение его влажности, старение коллоидов, образование новых минералов из иловых растворов, разложение одних минералов и возникновение других, перераспределение вещества. Диагенез (перерождение) представляет собой уравновешивание сложной многокомпонентной системы осадка в новых физико-химических условиях среды. Минералы-индикаторы диагенеза: сульфиды (пирит, марказит), окислы и гидроокислы (опал, халцедон, кварц, оксиды железа), карбонаты, фосфаты, силикаты (глауконит, лептохлорит, каолинит, цеолиты), бурые угли.

4. Стадия катагенеза – уплотнения пород, изменение их минерального состава и отчасти структуры. Катагенез в отличие от диагенеза процесс неорганический (физико-механический и физико-химический). Характерны уменьшение пористости, коррозия и растворение, регенерация, образование новых минералов из растворов или в процессах метасоматоза. Это сульфиды тяжёлых металлов и железа, сульфаты (барит, гипс, ангидрит), силикаты. Особенные черты многих минералов катагенеза – их значительные размеры. На этой стадии глины переходят в аргиллиты, пески и рыхлые песчаники - в крепкие песчаники, ракушняки – в известняки, бурые угли – в каменные. Катагенез происходит при температуре до 200 °С и давлении до 2000 атмосфер.

5. Метагенез происходит при мощности осадочной толщи свыше 7000-8000 метров, давлениях 2000-3000 атмосфер, температурах 200-3000 °С и наличии минеральных растворов, обычно в складчатых поясах. Породы на этой стадии приобретают сланцеватые текстуры, широкое развитие приобретают новообразованные минералы и секущие кварцевые жилки и линзочки. Исчезают каолинит и монтмориллонит, преобладают среди глинистых минералов слюды. В отличие от метаморфических пород в фации зеленых сланцев в зоне метагенеза незначительно проявлена перекристаллизация зёрен полевых шпатов при слабом развитии альбита, эпидота и мусковита.