Методи відновлення палеогеографічних обстановок. Вчення про фації.

Одна з важливих завдань історичної геології - відновлення фізико-географічних обстановок, що існували в певний етап геологічного минулого, і їх змін з плином часу. Рішенням цих завдань займається палеогеографія - "давня географія". Метод відновлення палеогеографічних обстановок зазвичай називають фаціальним аналізом. Відновлення древньої географічної обстановки проводиться за породами і містяться в них скам`янілостей. У зв`язку з цим фаціальний аналіз складається з двох рівнозначних частин: литологического і біономіческого аналізів.

Предметом дослідження в палеогеографії є фація, основа дослідження - принцип актуалізму.

Термін "фація" отримав в геології широке поширення. Вперше визначення цьому терміну {лат. fades - вид, вигляд) дав швейцарський дослідник А.Гресслі в 1838 р

Під фациями він розумів конкретні ділянки будь-якого шару одновікових порід, що відрізняються від сусідніх ділянок як петрографічним складом, так і на викопні рештки організмів (рис. 9). У російську геологічну літературу цей термін ввів Н.А.Головкінскій в 1869 р Пізніше в поняття "фація" вкладався різний зміст. Відзначимо два крайніх погляду на фацію. Відповідно до першого, який відповідає точці зору А.Гресслі, фация - частина шару одновікових порід, що відрізняється від сусідніх частин цього ж шару своїми литологическими і палеонтологічними особливостями, які називаються фаціальними ознаками. Згідно з другим, фация є фізико-географічну обстановку або одиницю ландшафту (як зазначав акад. Д.В.Налівкін). З геологічних позицій кращим є перше визначення фації, так як в палеогеографії ведуть дослідження від характеру породи (як викопного осаду) до особливостей осаду, потім до умов його освіти і, нарешті, до фізико-географічної обстановці в нас цікавить час в досліджуваному районі. Фацію слід розглядати як частину шару одновікових порід, їх вивчення дозволяє розшифровувати зміни природних умов у просторі протягом єдиного тимчасового етапу.

В основі палеогеографических реконструкцій лежить принцип актуалізму, який був введений в геологію завдяки працям німецького дослідника К. фон Гоффа (1824) і англійського геолога Ч.Ляйеля (1833). Останній писав, що сучасні природні явища - ключ до пізнання минулих явищ. Принцип актуалізму заснований на пізнанні минулого через пізнання справжнього. Однак необхідно пам`ятати, що фізико-географічні умови з плином часу змінювалися і принцип актуалізму до минулих геологічних епох потрібно застосовувати з обережністю. Слід враховувати незворотні явища в атмосфері, гідросфері, біосфері і т.д.

Таким чином, вивчення фацій, що спирається на принцип актуалізму, є основою фаціальні аналізу і палеогеографічних реконструкцій.

Фаціальний аналіз являє собою метод відновлення палеографічній обстановки шляхом вивчення характерних особливостей гірських порід і укладених в них скам`янілостей. Його проводять по конкретному геологічного матеріалу: виявляють особливості будови шарів одновікових гірських порід і зміни в просторі їх речового складу, структурних і текстурних особливостей гірських порід, їх мінерального складу, а також укладених в породі залишків викопних організмів і слідів їх життєдіяльності (палеоіхйелогія). Фаціальний аналіз дозволяє відновити умови утворення опадів і проживання організмів і, в кінцевому рахунку, фізико-географічну обстановку минулого. Він складається з двох взаємопов`язаних етапів: литологического і біономіческого аналізів.

лІТОЛОГІЧНИХ АНАЛІЗ

Літологічний аналіз застосовується при вивченні гірських порід, їх мінерального складу і будови з метою відновлення давньої географічної обстановки. Одні і ті ж типи опадів, що дали початок осадових гірських порід, могли формуватися в різних умовах, в різної фізико-географічної обстановці. Однак, незважаючи на схожість літологічного складу, породи мають цілу низку структурних, текстурних і інших ознак, за якими можна з достатньою достовірністю визначити місце і умови їх утворення на земній поверхні.

Перше - типи порід і їх структури. Уламкові породи, що класифікуються за розмірами складають їх зерен, а також хемогенние, біогенні і глинисті породи представляють осадові породи, які могли формуватися в різній обстановці: в морі і на суші, з принесеного (аллохтонного) або збереженого на місці утворення (автохтонного) матеріалу, в середовищі різної рухливості. Однак тип породи і її структура дають лише найзагальніші уявлення про умови формування породи. Так, наприклад, глини могли утворитися на суші у вигляді елювії, в Прильодовиково озері, в морських глибоких впадінах- піски - в пустелях у вигляді еолових відкладень, в річці у вигляді алювію, в море на мілководді або на значній глибині в зоні дії придонного течії . Тому велике значення має текстура породи, так як відображає характер і стан середовища накопичення опадів. Виділяються внутріслоевие текстури, пов`язані з тривалою діяльністю окремих факторів (масивні і шаруваті, горизонтально-шаруваті і косослоістую), а текстури (знаки) на поверхні шару зобов`язані своїм походженням короткочасного впливу на осад різних факторів середовища (знаки брижів, тріщини всихання, сліди життєдіяльності організмів ). Велике значення має забарвлення породи, але цей показник використовується в поєднанні з іншими особливостями.

Цитологічний аналіз полягає у визначенні фацій по речовому складу, структурним і текстур порід.

БІОНОМІЧЕСКІЙ АНАЛІЗ

Характер захоронення дозволяє зробити висновок про рух води: скупчення ламаної, окаshy-танной або цілої ракуши говорить про перенесення течіями або волнамі- орієнтування в пространshy-стве подовжених раковин вказує на напрямок руху води, скупчення скелетів з добре збереженими тонкими деталями - про спокійне водному середовищі накопичення опадів.

Всі ці реконструкції, як і при літологічному аналізі, спираються на принцип актуалізму.

Біономіческій аналіз полягає у визначенні фацій на основі переважно ізучеshy-ня органічних залишків і слідів життєдіяльності організмів. Для проведення такого ісshy-слідування необхідно мати уявлення про умови життя рослин і тварин, про основshy-них факторах, що визначають їх поширення і розвиток. Цьому допомагає палеоекологія, виshy-ясняют взаємини колись існували організмів з навколишнім їх середовищем.

Відомо, що найкращі умови для поховання і збереження залишків організмів создаshy-ет водне середовище. Тому велика частина органічних залишків геологічного минулого прінадshy-лежить організмам, що мешкали у воді. Розселення організмів у воді визначають наступні осshy-новні умови: глибина, солоність, світло, температура, газовий режим, рух води, характер грунту.

Глибина басейну грає найважливішу роль. З ростом глибини зменшується освещенshy-ність, зростає тиск (через кожні 10 м глибини тиск збільшується на 10³ Па), ізмеshy-вується газовий режим-температура води на великих глибинах низька і практично постійна. Для життя рослин і тварин найбільш сприятливі невеликі глибини. Зі збільшенням глуshy-біни число видів і кількість біомаси значно зменшуються. За даними В.Г.Богорова, в даний час біомаса зообентосу на абіссалі (глибина 5-6 км) в центральних районах океаshy-на становить 1-2 мг / м², що в 100-200 тис. разів менше, ніж на шельфі (до глибини 200 м), де зосереджено 82,6% всієї біомаси бентосу. За даними М.Е.Віноградова, 65% всієї біомаси планктону знаходиться в товщі води на глибині до 500 м.

Відносне мілководді або шельф - зони літоралі і нерітовую, порівняльне мелковоshy-дье - епіконтінентальних басейни. Глибоководні області - континентальний схил (батиаль) і дно океану (абиссаль).

Солоність басейнів визначається кількістю грамів солі в одному літрі води і ізмеshy-ряется в проміле (1% о = 1 г / л). В даний час солоність Світового океану 35% о. Солоність відкритих морів наближається до цього значення. Моря внутрішні, глибоко вдаються в контіshy-нент, відрізняються зниженим або підвищеним вмістом солі. Так, солоність Червоного моря 43%_Про- Чорного до 23%_Про- Каспійського до 17% о- Балтійського до 9% о. За солоності современshy-ні басейни поділяють на морські, ненормальною солоності (солоноватоводние, осолонені) і прісноводні. Морські басейни мають солоність 15-45% о, серед них виділяють моря нормальної солоності (близькою до 35% о). У прісноводних басейнів солоність нижче 0,5% о, солоноватоводних 0,5-15% о, осолоненних понад 45% о.

Солоність древніх басейнів і склад солей в них відрізнялися від сучасних, але й тоді існували моря і басейни ненормальною солоності. Найбільш різноманітне і багате насеshy-ня характеризує моря нормальної солоності. Зміна солоності призводить до скорочення числа видів. Так, в Середземному морі (солоність 35-38% о) число мешкають в ньому видів превиshy-шает 8000, а в Азовському морі (солоність до 16% о) кількість видів скорочується в 15-20 разів. У басейнах ненормальною солоності умови сприятливі для небагатьох видів, проте при цьому може різко зростати їх продуктивність. Для таких басейнів часто характерні бідність відаshy-ми і багатство особинами. Зміна солоності призводить до "пригнобленому" вигляду фауни: зменшуються розміри раковини (наприклад, двустворкі Cardiumeduleв Кильской губі має довжину 44 мм, а в Ботническом затоці всього 18 мм), раковини стають тоншими, спрощується їх скульптура.

По відношенню до солоності організми діляться на евригалінні і стеногалінние. Евригалінні організми витримують помітні зміни солоності, стеногалінние живуть у водах тільки певної солоності. До стеногалінние мешканцям морів нормальної солоності отноshy-сятся колоніальні корали, голкошкірі, головоногі молюски, брахіопод, трилобітів. Тільки поодинокі представники перелічених груп могли переносити зміна солоності. Пресноshy-водними є двостулкові молюски Union, Dressing, гастроподи, Viviparus, Planorbis. Евригалінні групи складають двустворки, гастроподи (черевоногі молюски), мшанки, ракоподібні, черви, водорості, бактерії. Найбільш витривалі останні чотири групshy-пи. Однак деякі представники перерахованих груп не виносять зміни солоності. Так, двустворки Hippurites, Dicerasжили тільки в морях нормальної солоності. За органічними залишками намагаються з`ясувати, в якому по солоності басейні жили тварини.

Світло необхідне для фотосинтезу рослин. Найбільш висвітлені верхні 10 м водної товщі. Розвиток рослинності в освітлених верхніх шарах води (до глибини 50-80 м) і на мілководді призводить до того, що тут існує найбільш багатий тваринний світ, представлений растіshy-тельнояднимі формами, різноманітними хижаками, трупоїдами і илоедов. На глибині понад 200 м фактично панує повний морок. Проникнення сонячного світла на глибину залежить від прозорості води і географічної широти місця. У Середземному морі білий диск, опущенshy-ний в воду, видно до глибини 60 м, в Білому - до 8-9 м, в Азовському - до 3 м, а в літній час з-за масового розвитку одноклітинних водоростей видимість знижується до 10- 12 см.

Температура води на невеликих глибинах визначається географічним положенням (шіshy-ротою) місцевості, часом року, дією течій. Вода відрізняється більшою термостабильностью, ніж повітря, у неї низька теплопровідність. У басейнах існує "температурна слоісshy тости". Так, взимку холодні води розташовуються під льодом на більш теплих, а влітку більш легshy-кі прогріті води знаходяться вгорі. Подібні умови сприятливі для мешканців водного середовища. У Світовому океані найвища температура води 36 ° С (в тропічній зоні), найбільш нізshy-кая - від 0 до -2 ° С. Всі глибинні області океанів заповнені холодними водами.

Виділяють евритермні і стенотермні організми. Приклад стенотермним організмів -колоніальние корали, які живуть при температурі не нижче 20 ° С. У теплих морях ізвесткоshy-ші раковини тварин більш товсті, масивні, з багатою скульптурою. "Найбільш багата і різноманітна у видовому відношенні фауна мешкає в морях тропіків. Розчинність карбонату кальцію характерна для холодної води, тому опади високих широт бідні їм і раковини мешкають там тварин невеликих розмірів, тонкі, з простою скульптурою.

Газовий режим, особливо вміст кисню, вуглекислого газу та сірководню, має велике значення для водного населення. Кисень надходить з атмосфери і виділяється фото-синтезують растеніямі- він необхідний для нормальної життєдіяльності організмів. Угshy-лекіслий газ виділяється в воду організмами і надходить сюди під час вулканічної діяльності. Він споживається фото- і хемосінтезірующімі організмами і витрачається на хімічні сполуки. З підвищенням температури і солоності нормальний вміст вуглекислого газу у воді знижується. У високих концентраціях вуглекислий газ отруйний, тому багато джерела, переshy-насичення вуглекислотою, позбавлені життя. Сірководень утворюється в водних басейнах в результаshy-ті життєдіяльності бактерій. Для водних тварин сірководень смертельний.

Рух води в прибережній зоні і на морському дні відбувається по-різному. Дія хвиль, припливи і відливи дуже впливають на мешканців прибережної зони. У них виshy-ється різні пристосування: міцні споруди, товсті раковини, здатність до свердління грунту і т.п. У зоні підводних течій на скелястому грунті мешкають приростають тварини (наприклад, корали, строматопорати). Сильне рух води позначається на формі їх колоній, будові скелета. З`являються плоскі обтічні форми. Деякі корали стеshy-лются по дну. У викопному стані можна зустріти таке дно стародавнього моря - поверхню нашарування з сланкими коралами, слідами свердління, "пеньками" морських лілій, приshy-росли черевними стулками брахіопод, трубочками спірорбісов.

Рух води підсилює газовий обмін, створює окислительную середу, в іншому випадку виникає відновна обстаshy-новка. У застійної середовищі у дна басshy-Сейн часто розвивається сероводоshy-рідне зараженіе- для таких услоshy-вий характерно збагачення осаду органічною речовиною. Образоshy-вавшего в таких умовах порода має темно-сірим або чорним кольором. В окислювальних ситуаціях, при вільному доступі кіслоshy-роду, колір порід зазвичай бурий або жёлтий.Характер грунту визначає розселення донних тварин (бенshy-тоса). Для проживання на пухкому грунті виробляються особливі приshy-пристосувань. Так, у морських лілій з`являються освіти, напомінаshy ющіе корні- вільно лежить шіshy-рокая плоска або слабовипуклоє раковина молюсків (наприклад, Pecten) І брахіопод (наприклад, Gigantoproductus) Не розчиняється в грунт. Подібної мети служать голки у деяких морських їжаків, широкий лімб у трилобітів, а також шипи, голки, вирости на раковинах брахіоshy-під, двустворок, гастропод. У зариshy-вающихся повністю або частково брахіопод і двустворок змінюються форма раковини, її скульптура і внутрішнє строеніе- ракоshy-вина стає довшим (Муа,Solen, Lingula). У пухкому грунті зберігаються сліди життєдіяльності ілоядних форм (напріshy-мер, ходи черв`яків).

На твердому грунті живуть форми, що приростають за допомогою цементу. У морської лілії потовщується підставу стебла, що нагадує усічений конус. Багато двустворки і брахиоподи утворюють тісні поселення, банки, наростаючи один на одного-раковини в таких скоплеshy-пах зазвичай неправильної форми. Приростаючими є також раковини деяких нізshy-ших ракоподібних (Balanus). Корали, археоціати, строматопорати ростуть на твердому грунті. В твердий грунт угвинчувалися різноманітні камнеточци. Деякі форми мають способноshy-стю присмоктатися до твердого грунту (Patella), Інші підвішуються за допомогою біссуса (Mytilus). Проживання на певному грунті відбивається в твердих скелетних елементах організshy-мов, тому, вивчаючи залишки бентосних форм, отримують уявлення про характер грунту, на коshy-тором вони мешкали.

Проведення біономіческого аналізу починають з визначення вищевказаного характеру заshy-хороненних органічних залишків - оріктоценозов (грец. oryktos- викопне, koinas- загальний). Далі відновлюють танатоценози (грец. thanatos- смерть) - спільнота померлих організмів, які загинули від загальної причини. Тафоценоз (грец. taphos- могила) - результат переноса- тут оргаshy-нические залишки пов`язані один з одним лише загальним місцем поховання, а не проживання.

При з`ясуванні типу поховань вивчається збереження скам`янілостей, їх сортування, оріshy-ентіровка, а також комплекс органічних залишків. Збереження органічних залишків нарушаshy-ється в процесі перенесення: скелетні елементи роз`єднуються, руйнуються, обламуються, окаshy-ються, іноді перетворюються в дрібні уламки. При перенесенні органічні залишки сортіруshy-ються за розміром і вагою (масою). При відсутності переносу залишаються на місці великі (дорослі) і дрібні (молоді) екземпляри. В результаті перенесення скелетні елементи приймають найбільш стійке положення: витягнуті паралельно руху, раковини орієнтовані опуклою стулкою вгору і т.д. На тафоценоз вказує спільне поховання залишків жівотshy-них, які жили в різних умовах (наприклад, раковин камнеточцев разом із залишками морської фауни пухкого грунту або з наземними рослинами).

АНАЛІЗ общегеологических ДАНИХ

Фаціальний аналіз вимагає комплексного вивчення відкладень із застосуванням "усіх видів досліджень. В закритих районах, що вивчаються за допомогою бурових свердловин, традиційні меshy-тоди фаціальні аналізу доповнюються результатами сейсморозвідки (Сейсмостратіграфія, або прогнозування геологічного розрізу). Сейсморазведка дає можливість виявляти ріфоshy-ші масиви висотою 100-300 м на глибині понад 2 км, зони виклинювання піщаних товщ, клі-номорфное заповнення глибоких западин опадами, принесеними з бортів цих западин, і т.п.

Основні групи фацій

Перша найбільш детальна і повна класифікація морських і континентальних фацій за чотирма супідрядним категоріям (фація - Сервія - німія - формація) була запропонована Д.В.Налівкіним (1955). Сервія - це "букет" фацій, поступово переходять одна в одну і обshy-разующіх єдине географічне явище (пляж відкритого моря, морської протоку і т.п.). Компshy-лекс Сервий - це німія (наприклад, шельф півночі Євразії). Німії об`єднуються в формацію материк або формацію море (наприклад, Північний Льодовитий океан). Однак систематизацію фацій ще не можна вважати остаточно розробленої. Дослідники по-різному групують фації і встановлюють категорії різних рангів. Нижче наведена коротка характеристика трьох основних груп фацій: морських, басейнів ненормальною солоності і континентальних.

морські фації

Морські фації залежать перш за все від глибини басейну, тому вони поділяються За батіshy-метричних областям. Для сучасних морів і океанів складена батиграфической крива і з`ясовані закономірності расshy-пределеніе глибин в Світовому океані. Найбільшу площу (76,3%) займають глуshy-біни понад 3000 м-16,5% леshy-жит на глибині від 200 до 3000 м-тільки 7,2% припадає на глуshy-біни до 200 м. Зазвичай виделяshy-ють наступні біономіческіе зони: літоральних (прібрежshy-ву глибиною кілька метshy-рів) з Супралітораль - хвилеприбійної зоной- нерітовую - до глибини 200 м-батіальshy-ву - від 200 до 3000 м-абісshy-сальну - понад 3000 м, Абісshy-сальна зона розташовується над ложем океану, а інші зони - над підводного околицею материка, що складається з шельфу і материкового схилу.

Супралітораль (лат. Супер - вверху- літораліс - берегової) - волнопрібойная зона, куди поshy-падають бризки і штормові хвилі. Тут виникають смуги викиду водоростей, серед яких зустрічаються морські безхребетні і мальки риб.

Шельф (континентальна мілину) - щодо мілководна, що примикає до суші частина дна. Однією кордоном шельфу служить берегова лінія, а інший - перегин в рельєфі дна до більш крутому материковому схилу, який може бути на різній глибині. Умовно за нижню граshy-ніцу шельфу прийнята ізобата 200 м. Ширина сучасних шельфів коливається в значних межах. Так, північний шельф Євразії простягається на багато сотень кілометрів, а тіхоокеансshy-кий шельф Південної Америки простежується всього на кілька кілометрів. Середній кут наshy-клона поверхні сучасних шельфів 7 `. На тлі шельфових рівнин виділяються підняття, западини, шельфові жолоби. Оскільки шельф зазвичай є затопленою частиною материка (наприклад, шельф Північного Льодовитого океану), то на ньому простежуються затоплені річкові долини і інші релікти наземного рельєфу.