СТРАТИГРАФИЯ. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ, 2010, том 18, № 5, с. 3-15
УДК 551.331:551.71
ДОКЕМБРИЙСКИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ИМ БИОСФЕРНЫЕ СОБЫТИЯ
© 2010 г. Н. М. Чумаков
Геологический институт РАН, Москва e-mail: chumakov@ginras.ru Поступила в редакцию 30.10. 2009 г., получена после доработки 15.12.2009 г.
Оледенения в докембрии установлены в нескольких сравнительно узких временных интервалах: в позднем архее, раннем протерозое, позднем рифее и венде. Являясь экстремальными климатическими событиями на поздне- и постархейской Земле, оледенения сопровождались существенными событиями в биосфере и биоте. С завершением ряда докембрийских оледенений совпадал расцвет некоторых ранее появившихся и возникновение новых групп организмов. Это можно объяснить тем, что оледенения вызывали коренную перестройку природных обстановок во всех подсистемах биосферы и порождали существенные экосистемные и связанные с ними биотические кризисы. Эти кризисы, с одной стороны, освобождали старые и создавали новые экологические ниши, а с другой стороны, вызывали резкое усиление изменчивости у организмов и быстрое появление новых форм. Жизнеспособные из новых форм, а также некоторые формы, пережившие кризис, занимали освободившиеся и вновь возникшие ниши и быстро дивергировали, становясь доминантными группами. Таким образом, во время и после оледенений в результате последовательного вступления в действие сначала абиотических, а затем биотических факторов происходило обновление биоты и ускорение эволюционного процесса.
Ключевые слова: гляциоэры, гляциопериоды, экосистемные кризисы, быстрая изменчивость, смена доминант.
ВВЕДЕНИЕ
1
История докембрийской биосферы является объектом многочисленных исследований. Большое внимание при этом привлекают оледенения, которые обычно рассматриваются с климатической точки зрения. Однако оледенения были не только важными климатическими событиями, но и одним из факторов развития докембрийской биосферы, поскольку вызывали существенные и частично необратимые изменения во всех ее подсистемах. Оледенения сопровождались перестройкой климатической зональности, гляциоэвстатическими и гляциоизостатическими колебаниями на море и суше, изменениями в кругообороте важнейших элементов, в том числе биофильных, что нашло отражение в крупных изотопных углеродных аномалиях и скачкообразном повышении содержания О2 в атмосфере, в колебаниях количества и разнообразия
1 Вслед за В.И. Вернадским под биосферой понимается система земных оболочек, в которых обитают организмы (тропосфера, гидросфера, верхняя часть литосферы) и биота Земли. Эти оболочки и биота рассматриваются как подсистемы биосферы. За рубежом биосфера в таком понимании обычно именуется гео-биологической системой, а биота — биосферой. О древних биосферах приходится судить по геологическим объектам, сохранившим следы биосферных процессов, и по палеонтологическим остаткам.
строматолитовых формаций и в ряде других геологических событий, о которых говорится ниже. О существенном влиянии оледенений на все подсистемы биосферы и на биоту в том числе свидетельствуют также сравнительные данные по фанерозойским оледенениям (Stanley, 1988; Чумаков, 1995, 2006; Величко, 1999 и др.). Представляется существенным детальнее рассмотреть роль докембрийских оледенений в истории биосферы в целом и в эволюции древних биот в частности. Последняя проблема в общем виде затрагивалась в ряде работ (Kirschvink, 1992; Hoffmann, Schräg, 2002; Чумаков, Сергеев, 2004; Богданова и др., 2009; Hoffmann, 2009 и др.). При этом обычно отмечалось, что за каким-либо оледенением следовало то или иное биосферное или биотическое событие, и на этом основании между ними предполагалась взаимосвязь. Анализа механизмов влияния оледенений на биосферу в целом и особенно на биоту при этом не производилось. Не было также работ, которые рассматривали бы последовательность биосферных событий, обусловленных всей цепью докембрийских оледенений.
Данные о докембрийских обстановках и биотах неоднородны. Сведения об архейских и раннепро-терозойских биотах и обстановках еще скудны и частично противоречивы. Однако эти данные все же
позволяют подметить определенную сопряженность биотических событий с оледенениями.
ДОКЕМБРИИСКИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ
Оледенения установлены в нескольких интервалах докембрия: в позднем архее (около 2.9 млрд. лет), в начале раннего протерозоя (2.4—2.2 млрд. лет) и во
2
второй половине позднего рифея—венде (0.8 и 0.54 млрд. лет). Подобно фанерозойским, докем-брийские оледенения характеризовались флуктуа-циями разной амплитуды и частоты и имели сложную временную структуру, представлявшую чередование ледниковых и межледниковых событий нескольких рангов.
Позднеархейские ледниковые отложения известны лишь в пределах южноафриканского Каап-ваальского щита. Они свидетельствуют, по-видимому, о двух дискретных ледниковых эпизодах (Young et al., 1998). Более молодые и лучше изученные ран-непротерозойские и позднедокембрийские оледенения могут быть сгруппированы в подразделения двух рангов (Чумаков, 1978): ледниковые эры (гля-циоэры) и подчиненные им ледниковые периоды (гляциопериоды). Раннепротерозойские оледенения образуют гуронскую гляциоэру, отложения которой отмечены в Северной Америке, в Европе (на Балтийском щите), в Южной Африке и Австралии. В Северной Америке в отложениях гуронской гля-циоэры устанавливаются следы трех крупных ледниковых событий, которые могут рассматриваться как гляциопериоды: Рамзай-Лейк, Брюс и Гауганда. Два (или три) ледниковых горизонта гуронской гля-циоэры присутствуют также в Южной Африке (Bekker et al., 2001).
За гуронской гляциоэрой на Земле последовал безледниковый интервал длительностью около 1400 млн. лет (от ~2200 до ~800 млн. лет назад). Он нередко именуется "ледниковой паузой", хотя вполне заслуживает названия "великой ледниковой паузы" в отличие от других многочисленных межледниковых интервалов в геологической истории. На протяжении этого интервала не обнаружено достоверных ледниковых отложений, хотя в интервале ~ 1700—1800 млн. лет изредка отмечались диа-миктиты, которые могли быть результатом оползневых процессов или сезонного ледового разноса, а также конгломераты, которые трактуются как флю-виогляциальные (Williams, 2005).
Следы позднепротерозойских (неопротерозойских) оледенений распространены значительно шире, чем гуронских оледенений, и известны сейчас на всех материках, за исключением Антарктиды. Позднепротерозойские гляциопериоды груп-
" Поздний рифей и венд вместе приблизительно соответствует неопротерозою и немакит-далдынскому веку Международной стратиграфической шкалы.
пируются в африканскую гляциоэру. Число и возраст позднепротерозойских гляциопериодов еще дебатируются. Это связано главным образом с трудностями межрегиональных корреляций ледниковых горизонтов. Чаще всего в литературе упоминаются три ледниковых события, которые можно квалифицировать как гляциопериоды: Стерт (около 720— 670 млн. лет назад), Марино, обычно (но без достаточных оснований) сопоставляемое с оледенением Наньто (<660 — >635 млн. лет назад), и Гаскье (около 580 млн. лет назад) (Halverson et al., 2005; Fairchild, Kennedy, 2007; Hoffmann, 2009; Zhang et al., 2009 и др.). На Восточно-Европейской платформе оледенениям Марино и Гаскье, по-видимому, соответствуют первое (блоньское) и второе (глусское) оледенения лапландского горизонта, а также, очевидно, оледенения Смальфьорд и Мортенснес группы Вестертана Финнмаркена (Knoll et al., 2006; Chuma-kov, 2007). К трем перечисленным ледниковым периодам надо добавить четвертый, байконурский, ледниковый период (Чумаков, 1978); его самостоятельное стратиграфическое положение, возраст (~540 млн. лет) и широкое распространение были недавно подтверждены (Чумаков, 2009). На близком стратиграфическом уровне в Южной Африке, в системе Нама некоторые исследователи (Germs, 1995) предполагают наличие следов небольшого местного оледенения в пачке Vingerbreek (возраст около ~547 млн.). Весьма вероятно также, что стер-товский гляциопериод состоял из двух сближенных самостоятельных крупных ледниковых событий и что им предшествовало 740—770 млн. лет назад оледенение Кайгас (Frimmel et al., 1996). Некоторые разрезы Центральной Африки, возможно, содержат следы еще одного более древнего оледенения. Кроме того, имеется мнение, что оледенение Марино и Гаскье могут быть одновозрастными (Grey, Calver, 2007). Вне зависимости от этих стратиграфических и корреляционных проблем, очевидно, что в позднем протерозое имелось не менее четырех значительных гляциопериодов, которые, в свою очередь, состояли из двух-трех или более ледниковых эпизодов. Последние уместно, по-видимому, называть гляциоэпохами. Гляциоэпохи обычно тоже содержат следы более коротких ледниковых и межледниковых событий.
БИОСФЕРНЫЕ СОБЫТИЯ, СОПУТСТВУЮЩИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯМ
Изменения климата во время оледенений из-за быстрого и частого чередования ледниковых и межледниковых эпизодов происходили со скоростями на один-два порядка выше скорости других физических процессов на Земле (за исключением катастрофических — сейсмических, вулканических, оползневых, импактных и т.д.). Поэтому климатические изменения становились во время оледенений ведущим абиогенным фактором, действующим
в биосфере. Они обуславливали многократные перестройки большинства экосистем на планете. В разрезах докембрийских ледниковых горизонтов ясно фиксируются следы таких перестроек: частое чередование ледниковых и межледниковых событий, гляциоэвстатические и гляциоизостатические колебания, усиление эрозии за счет ледниковой абразии и снижения базиса эрозии, изменение изотопного состава углерода, аноксические фации, указывающие на расслоение водных масс и постледниковые вспышки продуктивности фитопланктона. Следы перечисленных событий особенно ярко выражены в отложениях континентальных шельфов. Например, с двумя ледниковыми гори-
3
зонтами свиты Уилсонбреен Шпицбергена связаны перерывы и следы эрозии, отражающие гляциоэвстатические регрессии в процессе разрастания материковых ледниковых покровов (рис. 1, этапы I). Затем фиксируетс
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.