Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого - Андрей Лапо

Вспомним таблицы, систематизирующие характер и локализацию процессов, осуществляемых живым веществом, и его основные функции в биосфере (см. табл. 4, 5). Обратившись к ним, мы видим, что в формировании кальцитовых пород обычно проявляется концентрационная функция живого вещества, осуществляемая внутри организма (построение скелета) и значительно реже — средообразующая. При образовании же доломитовых пород главной является средообразующая функция (при подчиненной роли концентрационной), причем формирование доломита (за редчайшими исключениями) происходит не внутри, а вне организма.

Кремнистые породы во многом близки по своему происхождению к карбонатным. Кремнистыми называют горные породы, состоящие в основном из минералов кремнезема: опала, халцедона или кварца (обломочные кварцевые породы — песчаники и алевролиты — в эту группу не входят).

«Вся история кремния в океане целиком обусловлена процессами жизни», — писал Вернадский[68]. Достижения науки за последние полвека подтвердили этот тезис Владимира Ивановича. Установлено, что отложение кремнистых осадков осуществляется главным образом в морских экосистемах, в меньшей степени — в экосистемах континентальных водоемов (рис. 13). Осаждение кремнезема производят организмы, которые издавна называют «кремниевыми»: диатомовые водоросли, или диатомеи (они содержат 90% всего кремнезема, находящегося во взвеси в Мировом океане), радиолярии, губки и силикофлагеллаты, а в пресноводных озерах — почти исключительно диатомеи. Никаких признаков хемогенного осаждения кремнезема в современных водных экосистемах не обнаружено.

Среди кремнистых пород, сложенных преимущественно скелетными остатками организмов, выделяются четыре типа: диатомиты, силикофлагеллиты, радиоляриты и спонголиты. Первые три типа кремнистых пород являются планктогенными, а спонголиты — бентогенными образованиями.

Наиболее чистые диатомиты — это светлые (белые или желтоватые) тонкопористые породы, сложенные в основной своей массе микроскопическими панцирями диатомовых водорослей. Количество цельных панцирей диатомей в 1 см³ достигает нескольких миллионов. Чистые диатомиты мало соответствуют представлению об обычных горных породах как о «камне»: они очень мягкие (ими можно писать на доске), пористые (пористость достигает 70—90%), наконец, легкие: их объемный вес в куске не превышает единицы, а у некоторых разностей составляет 0,5—0,7 и даже 0,25—0,30 г/см³ (рассказывают, что А. Е. Ферсман и в отпуске собирал камни, а носильщик на вокзале удивлялся: «Ну и чемодан! Камнями, что ли, набили?» Если бы Ферсман собирал в отпуске только диатомиты, у носильщика не было бы претензий).

Чтобы понять необычные свойства диатомитов, нужно обратиться к их исходному материалу — диатомовым водорослям.

В переводе с греческого «диатомея» значит «разделенная пополам». Панцири диатомей действительно состоят из двух частей, заходящих одна в другую. Из привычных нам вещей панцирь диатомей больше всего напоминает, наверно, дырчатый разъемный футляр для зубной щетки — только диатомеи пористые по всей поверхности своего тела, да и форма у них более разнообразная: дисковидная, веретенообразная, призматическая… Морские диатомиты известны начиная с верхнего мела и залегают в виде пластов мощностью в десятки и сотни метров. Озерные диатомиты появились только в эоцене и распространены меньше.

Рис. 13. Схема формирования кремнистых пород в биосфере: 1 — кремниевые организмы континентальных водоемов; 2 — кремниевые организмы морей

Если диатомиты — наиболее распространенные среди биогенных кремнистых пород, то описанные сравнительно недавно У. Г. Дистановым и З. И. Глезер силикофлагеллиты — самые редкие. Сложены они остатками другого представителя фитопланктона — кремниевых жгутиковых водорослей, или силикофлагеллат. В неогеновых толщах Юго-Восточной Европы силикофлагеллиты образуют самостоятельные пласты.

Радиоляриты, как и предыдущие типы кремнистых пород, также сложены остатками планктона, однако радиолярии в отличие от диатомей и силикофлагеллат представляют собой не фито‑, а зоопланктон. Название «радиолярии» происходит от лат. radius — луч (радиолярии иначе называют лучевиками). Сложно построенный микроскопический скелет радиолярий представляет собой ажурный шар, от которого во все стороны, но строго закономерно, отходят длинные иглы. И кажется, что радиолярии созданы природой специально для изучения законов симметрии и совершенства. Кто-то назвал радиолярии самыми изящными и красивейшими образованиями, которые существуют в животном мире.

Известны радиолярии с кембрия. По сравнению с диатомитами радиоляриты имеют меньшее распространение, однако мощность их пластов иногда достигает 38 м (палеоген о. Барбадос). Значительно более широкое развитие (по сравнению с «нормальными» радиоляритами) имеют радиоляриевые глины — породы, где панцири радиолярий обильно разбавлены терригенным материалом.

Что касается спонголитов, то они когда-то считались очень редкими, а сейчас пласты морских спонголитов мощностью до 10—15 м известны в меловых и палеогеновых отложениях Украины, Кавказа и Центральной Европы, палеозое Приуралья, Северо-Востока СССР и других районов. Найдены и пресноводные спонголиты, мощность которых достигает 6—10 м. Современные спонголиты известны в Баренцевом море. Спонголиты представляют собой однородные мелкозернистые породы, состоящие из спикул донных животных, так называемых «кремниевых» губок. Спикулами называют элементы, из которых построен скелет губок. При их жизни скелет связан воедино органическим веществом, а после отмирания губок он распадается на отдельные спикулы. Длина спикул может достигать 2—3 мм, поперечное сечение измеряется сотыми долями миллиметра, а форма — очень разнообразна: от простой (игловидной) до изогнутой и звездчатой[69].

Нет сомнений, что все рассмотренные типы кремнистых пород, безусловно, сложены биогенным кремнеземом (опалом). Происхождение других кремнистых пород — трепелов, опок, яшм — вызывает дискуссии. Органические остатки в них довольно редки, и многие литологи считают эти породы хемогенными. Существует, однако, мнение, что опоки и трепелы образовались из диатомитов и спонголитов, а яшмы — из радиоляритов, утративших свою первичную структуру в ходе процессов диагенеза и катагенеза. Еще в конце прошлого века академик Феодосий Николаевич Чернышев, именем которого назван Геологоразведочный музей в Ленинграде, обнаружил в яшмах Южного Урала остатки обильной фауны радиолярий. «Наши яшмы представляют, несомненно, глубоководный шлам, — писал Чернышев в 1889 г., — причем кремнезем панцирей радиолярий и дал главнейший материал для скоплений кварца, рассеянных по всей массе породы». В первые десятилетия нашего века идею о преобладающем биогенном происхождении кремнистых пород высказывал Я. В. Самойлов. А недавнее исследование, выполненное в Институте литосферы АН СССР Валентиной Сергеевной Вишневской, показало, что породы, сложенные скелетными остатками кремневых организмов, составляют более 90% всех изученных ею кремнистых пород верхней юры — нижнего мела восточной части Малого Кавказа. На долю достоверно абиогенных пород, сформировавшихся вблизи подводных гидротерм из пересыщенных растворов, приходится менее 1% кремнистых толщ этого региона.

Кремнистые осадки образуются в биосфере в результате концентрационной функции живого вещества. И в современную геологическую эпоху, и в геологическом прошлом (начиная с кембрия) накопление биогенного кремнезема происходило главным образом в морских экосистемах. При этом если первоначально оно осуществлялось донной пленкой жизни (кремневые губки) и зоопланктоном (радиолярии), то начиная с конца мезозоя основная роль в кремненакоплении переходит к фитопланктону (диатомеям). Озерное кремненакопление началось только в эоцене с появлением пресноводных форм диатомей и губок и имеет подчиненное значение.

Рассказ о кремнистых породах закончим словами Вернадского: «Хотя в истории кремния роль организмов не так ярка, как в истории кальция, но и здесь без нее история данного химического элемента не может быть нами понята»[70].

Каустобиолиты — третья группа осадочных пород, характеризующаяся значительными концентрациями биогенного вещества. Термин «каустобиолиты» образован от трех греческих слов: «каустос» — горючий, «биос» — жизнь и «литос» — камень. Каустобиолитами являются торфы, сапропели, угли, горючие сланцы и нефть — современные осадки и горные породы, сложенные главным образом биогенным органическим веществом. «Органическое вещество, проникающее все вещество доступной изучению земной коры, все — биогенного происхождения… Медленными геологическими процессами эти органические вещества, остатки тел и метаболизма организмов из биосферы попадают в стратисферу, в метаморфическую оболочку», — писал Вернадский[71]. Наиболее интенсивное накопление органического вещества в современной биосфере происходит в болотах и некоторых озерах. Особняком стоит аккумуляция необиогенной органики в океанах.