ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2007, № 4, с. 356-389
УДК 553.64
К ВОПРОСУ О СООТНОШЕНИИ МЕЖДУ ПЕРВИЧНОЙ ПРОДУКЦИЕЙ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ОКЕАНЕ И ФОСФАТОНАКОПЛЕНИЕМ (ГОЛОЦЕН-ПОЗДНЯЯ ЮРА)
© 2007 г. Г. Н. Батурин
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997 Москва, Нахимовский проспект, 36;
E-mail: gbatur@ocean.ru Поступила в редакцию 05.07. 2006 г.
В работе обосновывается возможность реконструкции первичной продукции палеоокеанов расчетным методом по аналогии с современным океаном на основании данных о содержании органического углерода в осадках и скорости их накопления. По результатам расчетов, основанных на литературных данных, первичная продукция органического углерода, а также масса участвующего в этом процессе фосфора и его содержание в водах океана были относительно стабильны в течение мезозоя и позднего мезозоя. Можно предположить, что до своего осаждения на дно в составе биогенного детрита растворенный фосфор тысячи раз вовлекался в биогеохимический цикл и в донных осадках зафиксировано в общем случае менее 0.1% фосфора, участвующего в этом цикле. Установлена частичная симбатность темпов накопления общего фосфора в океанских осадках с расчетной величиной первичной продукции, а также совпадение некоторых эпох фосфатонакопления с максимумами первичной продукции и с минимумами коэффициентов фоссилизации органического углерода. Вероятно, последнее может свидетельствовать об эпизодах ускорения минерализации органического вещества и освобождении из осадков фосфора, что увеличивает его резерв в палеоокеане и способствует локальному фосфатонакоплению.
Генезис фосфоритов является одной из дискуссионных проблем литологии и геохимии, поскольку среди исследователей были и остаются сторонники противоборствующих гипотез - биогенной, хемогенной и вулканогенной, каждая из которых представлена несколькими модификациями [Казаков, 1937; Шатский, 1955; Бушин-ский, 1963,1966а,б; Батурин, 1978, 2004; Лука, Прево, 1984 и др.]. К настоящему времени относительное число сторонников биогенной гипотезы в немалой степени возросло, поскольку на примере современных, голоценовых и плиоцен-плейстоценовых желваковых и зернистых фосфоритов шельфов Намибии и Перу-Чили была продемонстрирована генетическая связь этих пород с высокой биологической продуктивностью фитопланктона прибрежных океанских вод в этих районах [Батурин, 1969, 1978, 2004; Burnett, 1977; Glenn et al., 1994]. Впервые идея о связи фосфатонакопления в океане с высокой биологической продуктивностью (особенно с продуктивностью ихтиофауны) была предложена европейскими геологами в XIX веке, в частности, в работе [Murray, Renard, 1891].
Согласно современным данным, источником подавляющей части фосфора в современных и древних бассейнах является сток с континентов [Бушинский, 1963, 1966а,б; Бгатов др., 1969; За-нин, 1969, 2001; Казаринов и др., 1969; Холодов,
1970, 1981, 1997, 2002, 2003, 2004, 2006; Батурин, 1978, 2004; Батурин и др., 1996; ВаШйп et а1., 1996]. На дне бассейнов основная часть терригенного материала с фоновым содержанием фосфора осаждается на шельфах и континентальных склонах. Там же осаждается большая часть растворенного фосфора, который извлекается из воды организмами и поступает на дно в составе биогенного детрита (включая кости и копролиты морских животных), благодаря чему осадки биологически продуктивных зон обогащаются органическим углеродом и фосфором [Батурин, 1978, 2004; Виноградов, Лисицын, 1981]. Ассоциация фосфатных осадков с обогащенными органикой черными сланцами неоднократно отмечалась также и в древних морских осадочных толщах [Альтгаузен, 1956; Бушинский, 1966а,б; Анкинович, Анкино-вич, 1968; Холодов, 1968, 1973, 2006; Созинов и др., 1988; Shopf, 1983].
Обогащение этих осадков валовым фосфором обусловлено, видимо, преимущественно аутиген-ной органикой и, соответственно, связанным с ней биогенным фосфором. Что касается терригенного апатита, то в целом для осадков современного океана он не характерен [Лисицын, 1978; Мурдмаа, 1987; Тримонис, 1995; Eme1yanov, Тй-monis, 1977]. В частности, в составе современных фосфатоносных осадков шельфа Намибии он не обнаружен ни в одной из детально исследованных
гранулометрических фракций [Емельянов, 1973]. В то же время в дочетвертичных осадках Атлантического океана, где терригенная седиментация проявилась наиболее интенсивно, апатит обнаружен, но в очень небольшом количестве в тяжелой подфракции нескольких районов. Одним из них является подводное плато Воринг близ Исландии, где апатит совместно с авгитом, цирконом, рутилом и биотитом входит в состав тяжелой подфракции, состоящей из ильменит-гранат-рогово-обманково-эпидотового комплекса минералов [Харин, Емельянов, 1987].
Сообщается также о нескольких находках апатита в скважинах глубоководного бурения. Так, в скважине 138, пробуренной на континентальном склоне Африки, апатит обнаружен в составе прослоя неогеновых тонкозернистых хорошо сортированных кварцевых песков совместно с полевым шпатом, хлоритом, пироксеном, цирконом, рутилом, роговой обманкой и магнетитом, находясь по количеству в конце этого ряда. В Аргентинской котловине (скважина 358) апатит присутствует в составе терригенного комплекса эоцено-вых осадков совместно с гранатом, цирконом, эпидотом, турмалином, магнетитом, ильменитом и лимонитом, а также в палеоценовых осадках совместно с роговой обманкой, цирконом, гранатом и турмалином. Наконец, в скважине 359 на Китовом хребте апатит входит в состав терригенного комплекса, включающего в себя моноклинные пироксены, ильменит, лимонит, гранат, циркон, эпидот, слюды и другие минералы [Тримо-нис, 1995]. Во всех этих случаях апатит встречается в виде единичных зерен, и его роль в общем балансе фосфора в осадках не превышает (судя по имеющимся данным гранулометрического, минералогического и химического анализа осадков) десятых или сотых долей процента.
Но вместе с тем в связи с результатам экспериментов по фракционному выщелачиванию фосфора высказывалось предположение, что в некоторых осадках, особенно в пределах континентальных окраин, некоторая часть фосфора может присутствовать в виде ультрамикроскопических частиц аутигенного апатита [Ruttenberg, 1992; Kim et al., 1999], что, однако, не подтверждено минералогическими исследованиями.
Очевидно, что фосфатонакопление, имеющее в современном океане локальный характер, а в палеоокеанах приуроченное, видимо, преимущественно к эпиконтинентальным морям, связано в первую очередь с высокой биологической продуктивностью водоема. Но возникает вопрос, сопряжено ли оно с повышением продуктивности океана в целом. Для рассмотрения этого вопроса следует сопоставить валовую биологическую продуктивность палеоокеанов с темпами поступления в осадки общего фосфора и эпохами фос-
фатонакопления, что ранее не обсуждалось. Для получения этих данных предпринята попытка реконструировать палеопродуктивность океана по методу П. Мюллера и Э. Зюсса [Müller, Suess, 1979; Müller et al., 1983] на основе данных А.Б. Ро-нова с соавторами [Ронов и др., 1990; Ронов, 1993] по средней скорости накопления оканских осадков и содержанию в них органического углерода.
ПЕРВИЧНАЯ ПРОДУКЦИЯ
СОВРЕМЕННОГО ОКЕАНА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА И ФОСФОРА В ДОННЫХ ОСАДКАХ
Мерой оценки биологической продуктивности океана является первичная продукция органического углерода фитопланктоном. На протяжении последних десятилетий она оценивалась многими исследователями, приводившими цифры в диапазоне от 15-30 до 100-200 млрд т органического углерода в год [Riley, 1944; Steeman-Nielsen, Jensen, 1957; Виноградов, 1967; Ryther, 1969; Кобленц-Мишке и др., 1977; Романкевич, 1977; Крупаткина и др., 1985; Сапожников, 1995; Виноградов и др., 1996; Шушкина и др., 1998; Виноградов, 2004]. По последней оценке она составляет 103 млрд т/год и распределяется по площади океана неравномерно, но при наличии в то же время определенной широтной (от экватора к полюсам) и циркумкон-тинентальной (от шельфа к пелагиали) зональности [Виноградов, 2004] (рис. 1).
Значительное расхождение в приведенных оценках первичной продукции связано с методикой ее измерения. Первые представления о ее величине базировались на биомассе планктона, затем появился и широко применялся радиоуглеродный метод с использованием радиоизотопа 14С, с помощью которого определялась величина первичной продукции в экспериментальных склянках после длительной экспозиции натуральных проб воды с планктоном. В дальнейшем было установлено, что эти результаты занижены в среднем в 1.7 раза в результате "скляночного эффекта", обусловленного интенсификацией отмирания клеток фитопланктона его выеданием микрозоопланктоном в замкнутом объеме склянок [Шушкина и др., 1987; Виноградов, 2004].
В настоящее время первичная продукция определяется принципиально новыми и несравненно более точными спутниковыми методами с помощью сканеров цвета, измеряющих концентрацию пигментов фитопланктона в поверхностном слое воды с учетом сезонной изменчивости на всей площади океана [Бондур, 2004]. Это позволяет отдать предпочтение последней приведенной выше средней величине первичной продукции (около 100 млрд т в год), основанной на спутниковых данных.
с.ш,
в.д.
ю.ш.
800
500
300
200
150
Рис. 1. Среднегодовое распределение среднесуточной величины первичной продукции (мгС/м2/сут) по акватории океана [Виноградов, 2004; Виноградов и др., 1996].
При оценке количества органического вещества в донных осадках океана оперируют данными о валовом содержании органического углерода, поскольку экспресс-методы для разделения аутигенной и терригенной органики отсутствуют. В данном случае такая оценка допустима, поскольку в целом доля терригенного органического вещества в океанских осадках незначительна. По данным Е.А. Романкевича [1977], в океан ежегодно поступает в составе речного стока около 0.2 млрд т растворенного и 0.4 млрд т взвешенного органического углерода, т.е. в сумме менее 1% от первичной продукции, составляющей около 100 млрд т. Исследование морфологии органического вещества современных океанских осадков также по
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.