Меловые аноксические события в Тихом океане
О.Л.Савельева
Меловой период — один из самых интересных в истории Земли. Это время очень теплого климата, когда на полюсах отсутствовали ледяные шапки. В океанах происходили гигантские подводные излияния базальтов, животный и растительный мир стремительно менялся. Любопытными явлениями, характерными для так называемых «greenhouse» (тепличных) условий, в том числе и для мелового периода, были океанские аноксические события (ОАЕ — oceanic anoxic event) — короткие (менее 1 млн лет), но глобальные эпизоды дефицита кислорода в морях и океанах [1]. Недостаток кислорода мог охватывать лишь придонную область бассейнов или распространяться на значительную часть водной толщи. Отсутствие в достаточных количествах кислорода предохраняло от окисления органические остатки, и на дне отлагались темные, обогащенные органическим углеродом (СорГ) прослои — черные сланцы. Таким образом захоранивались органическое вещество (ОВ) морского (планктонного или бентосного) происхождения, а также остатки наземной растительности, снесенные с суши. Углеродистые прослои встречаются в морских осадочных разрезах по всему земному шару. Следы одного и того же аноксического события обнаруживаются, например,
© Савельева О.Л., 2014
Ольга Леонидовна Савельева, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский), доцент кафедры географии, геологии и геофизики Камчатского государственного университета им. Витуса Беринга. Область научных интересов — литология, стратиграфия.
в разрезах Европы, Северной Америки, северной Африки, Тибета, Японии, в скважинах глубоководного бурения в океанах и, следовательно, помогают в сопоставлении этих разрезов. Наибольшей концентрацией таких событий характеризуется средняя часть мелового периода (рис.1).
Существуют различные гипотезы, объясняющие происхождение ОАЕ. Недостаток кислорода в океане, море или озере возникает, во-первых, из-за вялой циркуляции водных масс: кислород на дне расходуется на окисление органики, а нового не поступает. Во-вторых, аноксия может быть связана с активным размножением планктона в поверхностных водах. В слое воды — зоне кислородного минимума, — который располагается непосредственно ниже фотической зоны, происходит биохимическое и химическое разложение поступающего сверху ОВ. При этом расходуется содержащийся в воде кислород. Для осуществления такого механизма необходимо поступление в поверхностные воды большого количества питательных веществ, обычно не хватающих планктону. Вялая циркуляция и повышенная биопродуктивность могут действовать как одновременно, так и порознь. Чтобы восстановить палеообстановки и механизмы, приводящие к дефициту кислорода, для каждого конкретного бассейна и для каждого уровня ОАЕ необходимы тщательные исследования.
Наиболее детально изучены и подробно освещены в литературе проявления аноксии в узких океанах и полузакрытых морях мелового периода. Это Западный Тетис и прилегавшие к нему эпиконтинен-тальные моря, расширяющиеся Атлантический и Индийский океаны, Западный внутренний бассейн Северной Америки. В этих бассейнах действовали оба описанных механизма, хотя роль их меня-
Рис.1. Стратиграфическая позиция аноксических событий мелового периода [2, с добавлениями].
лась от события к событию [2]. В условиях открытого океана (Восточный Тетис, Тихий океан) анок-сия, скорее всего, была связана только с повышенной биопродуктивностью. Именно здесь (особенно в областях, удаленных от берега) возможно изучение данного механизма в чистом виде.
Что известно об ОАЕ в Тихом океане?
При глубоководном бурении были получены интересные данные о следах меловых аноксических событий в Тихом океане (рис.2). Сразу надо оговориться, что ОАЕ в разрезах могут распознаваться не только по наличию углеродистых прослоев, но и по изменению соотношения изотопов углерода 13С и 12С. Органическое вещество морского происхождения обогащено изотопом 12С, и увеличение доли его захоронения в осадках влечет за собой
утяжеление углерода морской воды, а следовательно, и биогенных карбонатов.
Осадки мелового возраста, обогащенные СорГ, очень локализованы в своем проявлении. Морское, не переотложенное ОВ встречается лишь на подводных возвышенностях. Слои такого же возраста в Тихом океане, образовавшиеся на большей глубине, не содержат горизонтов, богатых СорГ. Предполагается, что во время аноксических событий содержание кислорода в зоне кислородного минимума падало, а сама зона становилась более мощной и протяженной. В нее входили и вершины подводных возвышенностей. В связи с этим в придонных водах не хватало кислорода для окисления органического вещества, и оно накапливалось в осадках. Причем органические прослои наблюдаются именно на тех возвышенностях, вершины которых совпадали с зоной кислородного минимума [5]. Вне ее, т.е. на мелководье и в пределах абиссальных равнин океана, органическое вещество окислялось.
В связи с активизацией внут-риплитного вулканизма подводные вулканические возвышенности в Тихом океане формировались в течение всего раннего мела и частично в позднем. На их вершинах накапливались пелагические карбонатные осадки с многочисленными горизонтами и прослоями кремней, нередко чередующиеся с вулканокластическим материалом. На этом фоне хорошо заметны тонкие (от нескольких сантиметров до 1.2 м) углеродистые прослои. ОВ в них морского, наземного или смешанного происхождения. Наземный растительный детрит и гумус принесены с островов. Анализ микрокомпонентов морского ОВ показал, что главными его производителями были одноклеточные водоросли и иногда — циа-нобактерии [4].
Бурение скважин в известняках с прослоями кремней сопряжено с большими трудностями, так как эти породы сильно различаются по прочности. Чаще всего на поверхность удается поднять только обломки кремней размером до 6 см с примазками мела или известняков. Около 80% материала просто истирается и теряется. При таких обстоятельствах трудно установить мощность отдельных слоев, в том числе и углеродистых прослоев. Реконст-
руируются (обычно по форами-ниферам, наннопланктону, радиоляриям) только общая последовательность напластования и возраст пород. К счастью, океанические отложения можно исследовать не только в океанах, но и на суше — в складчатом обрамлении Тихого океана. Здесь среди образований островных дуг и окраинных вулканических поясов обнаружены отдельные блоки, сложенные породами, которые сформировались в открытом океане на разном удалении от берега, в том числе и на подводных вулканических возвышенностях. Однако у разрезов складчатых комплексов есть свои недостатки. Они нарушены разломами, иногда перевернуты, заключены в отдельных глыбах и не имеют кровли и подошвы, органические остатки в них как правило сохранены хуже, чем в океане. Тем не менее, по этим разрезам можно изучать строение толщ, проводить детальное опробование, строить изотопно-углеродные кривые. Таким образом, данные, полученные из скважин глубоководного бурения и из разрезов складчатых комплексов, взаимно дополняют друг друга.
В разрезах Японии, а именно в группе Езо в центральной части о.Хоккайдо, обнаружены следы большинства известных меловых аноксических событий (ОАЕП^Д МСЕ и ОАЕ2) [6]. Тер-ригенные (обломочные) вмещающие отложения образовались сравнительно недалеко от берега, в преддуговом прогибе, куда сносилось большое количество остатков наземной растительности. Здесь органикой обогащены не отдельные слои, а весь разрез. Уровни ОАЕ выделяются по данным изотопно-углеродного анализа, которые в очередной раз подтверждают глобальный характер анокси-ческих событий.
Проявления аноксических событий отражены и в породах, принадлежащих Францисканской формации Калифорнии [7]. Известняки в ассоциации с базальтами и радиоляриевыми кремнями накапливались в середине мелового периода (с апта по ранний турон). Они не содержат обломочного материала, принесенного с суши. В то же
Рис.2. Следы меловых ОАЕ в Тихом океане (1) и его северо-западном обрамлении (2) [3, 4]. В числителе — номера скважин глубоководного бурения, в знаменателе — содержание Сорг, %.
время сам факт наличия известняков говорит об отложении выше критической глубины карбона-тонакопления — по-видимому, на подводных возвышенностях, подобных асейсмичным хребтам и океаническим плато. В частности, отмечено сходство известняков и кремней с аналогичными породами возвышенности Шатского, расположенной на северо-западе Тихого океана. По фора-миниферам определен точный возраст известняков и вычислена скорость накопления осадков — 2.3—4.3 мм/тыс. лет, что также характерно для
океанических отложений. Во Францисканской формации различают два типа известняков: серые (апт—сеноманские) и розово-красные (альб—ни-жнетуронские), формировавшиеся почти одновременно на разной глубине. Красные тона характерны для более глубоководных отложений, поскольку глубинные воды насыщены кислородом. В серых известняках обнаружены прослои, обогащенные ОВ, и изотопно-углеродные аномалии на уровнях ОАЕ1а и ОАЕЫ [8]. Отмечается также углеродистый прослой среднеаптского возраста. В розовых и красных известняках органических
Рис.3. Кремнисто-карбонатный разрез, вмещающий два углеродистых прослоя (показаны стрелками). Камчатка, п-ов Камчатский Мыс.
Здесь и далее фото автора
прослоев не найдено. Они накапливались ниже зоны кислородного минимума. Однако послойное изучение характерных ассоциаций фораминифер в этих породах показало, что в среднем и позднем сеномане (время, соответствующее событиям МСЕ и ОАЕ2) усиливался апвеллинг (подъем вод), выносящий на поверхность океана питательные вещества [7].
Сходная ассоциация пород наблюдается на Восточной Камчатке, на п-ове Камчатский Мыс. Здесь в составе смагинской свиты альб-сеноман-ского возраста среди ритмично переслаивающих-
Рис.4. Переслаивание планктоногенных яшм и известняков, отложившихся в середине мелового периода на тихоокеанской подводной возвышенности. Камчатка, п-ов Камчатский Мыс.
Рис.5. Углеродистый прослой, соответствующий собы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.