УДК 551
ГЛЯЦИОГЕННЫЕ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ОСАДОЧНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ: ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ЛИТОХИМИИ. СООБЩЕНИЕ 1. ПОЗДНИЙ АРХЕЙ, ПРОТЕРОЗОЙ
© 2010 г. А. В. Маслов
Институт геологии и геохимии УрО РАН 620075Екатеринбург, Почтовый пер., 7;
E-mail: maslov@igg.uran.ru Поступила в редакцию 20.07.2009 г.
В статье рассмотрены литохимические особенности гляциогенных и связанных с ними осадочных образований позднего архея, палео- и неопротерозоя различных регионов мира. Сопоставление валового химического состава диамиктитов с составом среднего постархейского австралийского сланца (PAAS) позволило показать, что указанные образования не имеют каких-либо специфических литохимических характеристик, которые однозначно свидетельствовали бы в пользу формирования их в условиях холодного климата. Часто используемый при различных палеоклиматических реконструкциях индекс химического изменения (CIA) следует рассматривать как вспомогательный, хотя и достаточно важный, инструмент, так как значения его для каждого из проанализированных в работе объектов в существенной мере варьируют, определяясь преимущественно локальными факторами.
В истории Земли намечаются три крупных климатических этапа. Большая часть архея отвечает безледниковому этапу. В позднем архее, раннем протерозое (палеопротерозое), раннем и среднем рифее (мезопротерозое) имели место редкие эпизодические периоды оледенения. И наконец, на третьем этапе, объединяющим поздней рифей и венд (неопротерозой), а также фане-розой, отмечены частые и периодические эпохи оледенения. Предполагается, что указанная этап-ность обусловлена постепенным охлаждением поверхности нашей планеты, связанным с медленным изменением ее теплового баланса [Чумаков, 2004].
Среди различных по масштабу ледниковых периодов в истории Земли выделяется ряд т.н. "великих оледенений", характеризовавшихся наибольшим распространением ледников и связанных с ними образований. Первое из них имело место в конце позднего рифея (~740 млн лет назад). Второе пришлось на ранний венд (~600 млн лет). Третье, позднеордовикское, достигло максимума ~440 млн лет. Четвертым великим оледенением является позднепалеозойское (максимум ~290 млн лет назад). Наконец, пятым подобным событием субглобального масштаба является позднекайнозойское оледенение, пик которого пришелся на плейстоцен [Чумаков, 2004].
Ледниковым отложениям и проблемам их формирования посвящена обширная литература [Чумаков, 1978, 1984; Зубаков, 1990; Климат ..., 2004; Spencer, 1971; Kennett, 1977; Hambrey, Spens-
er, 1987; Earth's ..., 1981; Harland, 1964; Stanistreet et al., 1988; Kirsechvink, 1992а, 1992b; Smith et al., 1993; Golonka et al., 1994; Eyles, Young, 1994; Meert, Van der Voo, 1995; Hoffman et al., 1998; Hoffman, Schrag, 2002; Narbonne, Gehling, 2002; Trompette, 1996 и др.]. В последние 20—25 лет в работах зарубежных авторов, в первую очередь Г. Янга [Nesbitt, Young, 1982, 1984; Nesbitt et al., 1996, 1997; Fedo et al., 1997; Young, 1983, 1991, 1995, 2001, 2002; Young, Nesbitt, 1985; Visser, Young, 1990 и др.], значительное внимание уделено рассмотрению литохимических особенностей гляциогенных образований, тогда как в нашей стране этот их аспект все еще остается "в тени". Приводимые ниже сведения, полученные при анализе химического состава гляциогенных и ассоциирующих с ними отложений широкого возрастного диапазона, в какой-то мере заполняют указанный пробел.
При подготовке данной работы использованы как литературные сведения о химическом составе гляциогенных и ассоциирующих с ними отложений различного возраста (поздний архей, ранний и поздний протерозой, ранний и поздний палеозой, поздний кайнозой), так и оригинальные авторские данные по ранневендским образованиям Среднего Урала. Все они сопоставлены с составом среднего пострахейского австралийского глинистого сланца (PAAS) [Тейлор, МакЛеннан, 1988]. Еще одним инструментом исследований являлся анализ присущих указанным образованиям значений химического индекса изменения (Chemical Index of Alteration), CIA = 100 x Al2O3 /
423
6*
/(Al2O3 + CaO* + Na2O + K2O) [Nesbitt, Young, 1982].
Химический индекс изменения, вычисляемый с использованием молекулярных количеств пет-рогенных оксидов с поправкой на CaO^pg, может быть критерием для оценки палеоклиматических условий [Nesbitt, Young, 1984, 1989; Fedo et al., 1996, 1997; McLennan et al., 1993; Nesbitt et al., 1996; Colin et al., 1998; Corcoran, Mueller, 2002; Schefffler et al., 2003; Rieu et al., 2007а, 2007b]. Высокие значения CIA отражают преимущественное удаление в процессе химического выветривания в условиях теплого гумидного климата мобильных катионов (Ca2+, Na+ и K+) по сравнению со стабильными фазами (Al3+ и Ti4+). Низкие значения CIA указывают на почти полное отсутствие химического выветривания и, следовательно, могут рассматриваться как показатели холодного и/или аридного климата.
В неизмененных базальтах величина индекса CIA варьирует от 30 до 45; в свежих гранитах и полевых шпатах этот параметр составляет около 50, в мусковите — 75, иллите и смектитах — 75—85, каолините, хлорите и гиббсите — 100. Средние значения CIA для сильно выветрелых тропических глин составляют, по данным работы [Nesbitt, Young, 1982], более 80. Средние кратонные глинистые сланцы (постархейский австралийский — PAAS, североамериканский — NASC, Русской платформы — RPSC и др.) характеризуются значениями CIA порядка 70—75. Гляциальные аргиллиты имеют существенно меньшие величины данного параметра (~60—65), а в плейстоценовых тиллах, сформированных только за счет процессов физического ("механического") выветривания, значения CIA приближаются к 50. Наиболее информативным инструментом для оценки значений CIA считается треугольная диаграмма Al2O3—CaO+Na2O—K2O (A-CN-K диаграмма) [Nesbitt, Young, 1984].
Заметное влияние на величину CIA могут оказывать гранулометрический состав осадков и состав размывавшихся на палеоводосборах пород. Например, в грубозернистых отложениях, которые характеризуются более высоким отношением полевые шпаты/глинистые минералы, чем другие типы пород, величины CIA в целом более низкие [Visser, Young, 1990]. В то же время вариации состава и соотношения глинистых минералов могут быть обусловлены разным составом пород в областях размыва или гидравлической сортировкой при транспортировке. Для минимизации такого воздействия в большинстве случаев используются данные по составу наиболее тонкозернистых пород — аргиллитов, алевроаргиллитов и глинистых сланцев, а в случае гляциогенных образований — алевро-аргиллитового матрикса диамиктитов. Поскольку положительная взаимосвязь между
потерями при прокаливании (ппп) и CaO отсутствует, высокие содержания последнего свидетельствуют о наличии в породах не карбонатной фазы, а менее выветрелого материала [Rieu et al., 2007а]. Напротив, положительная корреляция значений CIA с такими геохимическими индикаторами состава пород, как Zr/Ti, La/V, Th/Sc или La/Sc [Тейлор, МакЛеннан, 1988] позволяет предполагать, что те или иные вариации индекса химического изменения в осадочных последовательностях обусловлены изменением состава пород в источниках сноса, и, следовательно, не являются "климатическим сигналом".
ПОЗДНИЙ АРХЕЙ И РАННИЙ ПРОТЕРОЗОЙ (ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙ)
Считается, что достоверные сведения об оледенениях в раннем и среднем архее отсутствуют [Чумаков, 2004; Eyles, 2008]. Первые следы оледенений фиксируются в Южной Африке среди отложений позднеархейских надсерий Витватер-сранд и Мозаан [Young et al., 1998]. Предполагается, что в разрезах первой из них присутствуют продукты предгорных или горных ледников, а в составе второй — покровно-ледниковые образования.
В разрезах верхнеархейской (3.07—2.72 млрд лет, [Armstrong et al., 1991] надсерии Витватерсранд присутствует несколько горизонтов диамиктитов [Stanistreet et al., 1988; Beukes, Cairncross, 1991; Smith, 2007]. В частности, подобные образования известны в составе формаций Промиз (Promise), Коронейшн (Coronation) и Африкандер (Africander) серии Западного Ранда (рис. 1). Диамиктиты формации Коронейшн содержат до 30—40% обогащенного слюдистыми минералами матрикса, в котором присутствуют преимущественно фрагменты осадочных пород; на долю гранитов приходится менее 1% обломков. В ряде случаев количество матрикса достигает 75% [Huber et al., 2001]. Диамиктиты двух других уровней содержат до 50— 55% обогащенного гетитом милонитизированно-го матрикса. Среди вкрапленных в нем обломков преобладают кварц и кварциты, примерно по 5% приходится на долю обломков кремней и зерен калиевых полевых шпатов. Подчиненную роль играют здесь обломки гранитоидов и жильного кварца, а также кристаллические и глинистые сланцы [Huber et al., 2001].
Медианные содержания основных породообразующих оксидов в диамиктитах формации Коронейшн, рассчитанные по данным работы [Huber et al., 2001], приведены в табл. 1. Величина индекса химического изменения варьирует в них от 53 до 84, что отражается и в весьма большой (~18) величине стандартного отклонения. Диамиктиты двух других формаций имеют несколько меньшие величины CIA (77 и 74, соответственно). По срав-
нению с PAAS в диамиктитах формации Коро-нейшн несколько понижены содержания TiO2, Al2O3 и K2O, тогда как количество CaO существенно варьирует, будучи в двух из трех проанализированных образцов существенно ниже, чем в среднем постархейском глинистом сланце (рис. 2а).
Существенно более широко распространены ледниковые образования в отложениях раннего протерозоя (раннего палеопротерозоя) (2.4— 2.2 млрд лет). Предполагается, что преобладание среди них марино-гляциальных отложений указывает на покровную природу оледенений [Чумаков, 2004]. По данным Г. Янга [Young, 2004], ледниковые отложения указанного временного интервала приурочены в основном к пассивным окраинам кратонов.
Одним из ярких примеров подобного рода образований является палеопротерозойская надсе-рия Гурон (рис. 3), в разрезах которой к северу от Великих озер присутствуют три ледниковых горизонта — формации Рамзай Лейк (Ramsay Lake), Брюс (Bruce) и Гоуганда (Gowganda). Формация Гоуганда (~2.3 млрд
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.