Текст книги "Что произошло 600 миллионов лет назад"

Автор книги: Алексей Розанов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 7 страниц)

Глава IV. Что мы знаем о географии и климатах

Теперь нам необходимо заняться выяснением обстановки, в которой происходили изменения фауны и флоры в конце венда и раннем кембрии. Обстановки в широком смысле, т. е. глобальной географии суши и водных масс того времени, климата и соответственно распространения типов осадков и вулканических очагов. Для воссоздания более или менее полноценной картины необходимо проанализировать целый ряд разнообразных данных, таких, как палеомагнитные, палеотемпературные данные по распределению показателей конкретных климатических обстановок: рифогенных сооружений, эвапоритов и т. п.

ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ДАННЫЕ

Палеомагнитные наблюдения являются пока единственным методом более или менее точного построения географической сетки, на которой только и возможны серьезные палеогеографические реконструкции. Палеомагнитный метод сравнительно молод. Долгое время многие методические аспекты метода были крайне запутанными. Однако последнее время, благодаря усилиям ученых разных стран, картина довольно резко изменилась, и сегодня большинство палеомагнитных материалов могут считаться вполне корректными. В основе метода лежит исследование первичной намагниченности пород, возникавшей в момент накопления осадка. В дальнейшем порода неоднократно еще намагничивалась, но первичная намагниченность во многих случаях остается и может быть выявлена. Все последующие перемагничивания, в том числе и современная намагниченность, могут быть сняты с помощью разных методов («чисток»).

Первичная намагниченность имеет огромное значение, так как дает нам возможность установить палеошироты точек, где взяты образцы для анализа, и положение полюсов в каждый конкретный момент времени, отвечающий времени образования пласта породы, откуда взят образец. Поскольку сегодня достаточно очевидно, что магнитное поле Земли менялось, то именно эти изменения магнитного поля, зафиксированные в последовательной серии пород, представляют наибольший интерес. Менялась сама позиция полюсов, и их постепенное перемещение может быть определено. На приводимых схемах (рис. 33) показано движение полюса и Сибирского блока за 70—100 млн. лет от верхнего докембрия до ордовика. Как видим, перемещения эти значительны, и, если данные верны, они могут быть оценены в цифрах 110—160 км за 1 млн. лет.

Очень важным элементом в исследованиях по палеомагнетизму является установление так называемой прямой и обратной намагниченности, которая возникает в результате того, что во времени положение северного и южного полюсов менялось (инверсия магнитного ноля). Периоды прямой и обратной намагниченности меняются достаточно часто. Во всяком случае, в кембрии в течение одного века (яруса) за 7—10 млн. лет можно наблюдать от 10 до 20 инверсий.

Рис. 33. Позиция Сибирской платформы от раннего кембрия до позднего ордовика (из работы Д. Киршвинка и А. Розанова)

Таким образом, продолжительность каждой зоны прямой и обратной намагниченности в начале кембрия от 500 тыс. до 1 млн. лет. Сам процесс инверсии, как полагают, происходит значительно быстрее в течение тысяч или десятков тысяч лет.

Таким образом, как мы видим, с помощью палеомагнитных данных можно сделать очень много. Может быть достигнута очень высокая степень детальности сопоставления разрезов осадочных отложений, во всяком случае несколько более детальная, чем биостратиграфическим методом (т. е. по анализу вертикального распределения фауны и флоры), и несоизмеримо более детальная (на 1—2 порядка), чем с помощью определения «абсолютного» возраста пород. Последним методом для пород верхнего докембрия и кембрия только в силу лабораторной ошибки может быть произведено определение возраста с точностью ±10—15 млн. лет, т. е. с точностью до половины отдела. Продолжительность биостратиграфической зоны в кембрии составляет приблизительно 1,5—2 млн. лет. Таким образом, точность биостратиграфического (палеонтологического) метода на порядок выше, чем метода «абсолютного возраста». Правда, сопоставление разрезов только по одним палеомагнитным данным принципиально невозможно, поскольку они сами по себе не несут временной информации. Хотя бы один из уровней в каждом разрезе обязательно должен быть привязан к палеонтологическим, т. е. хронологическим, данным. Только после этого, анализируя картину распределения прямой и обратной намагниченности, может быть произведено детальное сопоставление разрезов.

Очень серьезным осложнением корреляционных возможностей палеомагнитного метода является существование многочисленных перерывов. Даже в самых монотонных разрезах их нельзя исключить. По представлениям акад. Д. В. Наливкина, до 90% времени, как правило, не зафиксировано в породе и падает на перерывы. Вероятно, это преувеличение, но, что перерывов в осадконакоплении очень много,– это ясно. Продолжительность их в большинстве случаев очень невелика, но этого может оказаться вполне достаточно для потери одной или нескольких зон прямой или обратной намагниченности, и тогда картина распределения зон даже в близкорасположенных разрезах становится трудносопоставимой.

Но оставим корреляционные проблемы палеомагнитного метода и вернемся к возможностям определения географического положения точек отбора образцов и миграции полюсов. Огромный фактический материал последних десятилетий по разным странам и континентам с несомненностью показал прежде всего, что они не могут быть уложены в рамки фиксированного положения современных материков, и, таким образом, было получено подтверждение их перемещения относительно друг друга во времени.

Однако история перемещения каждого из материков, а точнее, отдельных плит, своя, а суммарная картина палеогеографии может быть получена очень сложным путем. На сегодня уже существуют многочисленные реконструкции, основанные на различных подходах, но все они пока входили в противоречие прежде всего с данными по палеонтологии.

Совершенствование методики обработки образцов в лабораториях, значительное увеличение чувствительности приборов позволяет теперь получать надежные результаты по породам, которые еще несколько лет тому назад казались безнадежными для определения в них первичной намагниченности. Теперь это стало возможно и по красным известнякам и даже по сероцветным известнякам и доломитам.

Очень большое количество материала было обработано по разрезам юга Сибирской платформы (реки Лена и Алдан), где расположены классические разрезы верхов докембрия и раннего кембрия. Лабораторные исследования были проведены в двух американских лабораториях в Принстоне и Пасадене проф. Д. Киршвинком. Проанализировано было несколько сотен образцов, отобранных через каждые 20—50 см по разрезу. Сходимость результатов, полученных при анализе образцов, взятых из параллельных разрезов, оказалась удивительно хорошей, и поэтому на эти результаты можно смело опереться. Итак, было установлено, что палеоэкватор в томмотское время проходил через Сибирскую платформу с северо-запада на юго-восток (рис. 33). Движение этого блока земной коры (Сибирская платформа) в течение раннего кембрия происходило стабильно на юг-юго-запад, и уже к среднему кембрию он находился между 20-ми и 50-ми южными широтами. Сама Сибирская платформа была несколько повернута по отношению к сегодняшнему ее положению.

Таким образом, перемещение Сибирской платформы в течение раннего кембрия (30 млн. лет) составило более 30°, т. е. около 1° за 1 млн лет. Но не скорость движения Сибирской платформы нас сейчас интересует. Главное – это то, что в начале раннего кембрия она находилась в приэкваториальной зоне, и то, что здесь формировались рифогенные образования, вытянутые поперек Сибирской платформы вдаль так называемой «переходной зоны», игравшей роль седиментационного барьера (между двумя совершенно разными бассейнами). Напрашиваются здесь, конечно, определенные аналогии с современными барьерными рифами, но в раннем кембрии это еще были ненастоящие рифы в их современном понимании. Крайне интересно и то, что эта рифоподобная полоса в течение раннего кембрия перемещается и направление ее перемещения противоположно направлению движения Сибирского блока в целом. В этом можно усмотреть дополнительное подтверждение правильности выводов о направлении миграции Сибирского блока земной коры. Высокой степени достоверности данные были получены также по Монголии, Австралии и Северной Америке.

Если посмотреть на современную карту, то разница между районом среднего течения рек Лены и Алдана, где проводились палеомагнитные наблюдения на Сибирской платформе, и районом: аймака Алтай и Монголии, где также были получены палеомагнитные данные, составляет около 15°. Аналогичный результат (11°—14°) был получен и для разницы раннекембрийских палеоширот.

Близкое к палеоэкватору положение занимал в раннем кембрии запад Северной Америки, а вся она находилась в основном в южном полушарии. Последовательные определения палеомагнитных характеристик по всему раннему кембрию показали, что Северная Америка постепенно перемещалась на север (здесь опять нужно иметь в виду положение самой Северной Америки относительно направления С—Ю, которое отличалось практически на 90°).

Очень интересные результаты были получены при исследовании раннекембрийских пород Австралии. Они показали, что юг Австралии в это время находился чуть севернее экватора и вся она располагалась в северном полушарии. Исходя из палеомагнитных данных по кембрию, достаточно очевидно и близкое положение друг к другу, по крайней мере, континентальных блоков, составлявших древний континент Гондвану (Южная Америка, Африка, Антарктида, Индия и Австралия).

В последнее время более или менее корректные данные получены по южному Китаю (провинция Юньнань). Они позволяют думать, что платформа Янцзы находилась также в приэкваториальной зоне, но в северном полушарии.

И все же полная картина взаимного положения континентальных блоков на основании имеющихся данных по палеомагнетизму восстановлена быть не может. Более того, как я уже говорил, существует несколько вариантов построения общей картины, в том числе учитывающих и результаты палеомагнитных исследований. Но здесь существует еще одна трудность метода, недоучет которой может привести к серьезным ошибкам. Хорошо, когда пробы для палеомагнитного анализа взяты из хорошо датированных (прежде всего по фауне) пород. Но очень часто, особенно раньше, образцы брались из пород, которые были более всего перспективны с точки зрения самого метода, т. е. с точки зрения установления первичной палеонамагниченности. Но таковыми считались прежде всего породы красных окрасок, содержащие железистые минералы, образовавшиеся в специфических условиях аридного климата, ненормальной солености и т. д. Естественно, что такие породы, как правило, или совсем не содержат фауны, или она очень редка. Возраст таких отложений определяется обычно в широких пределах. Конечно, такие данные все равно интересны, но непригодны для детальных (точных) глобальных построений.

Другой тип пород, считавшихся более перспективными для палеомагнитных исследований,– это эффузивные и интрузивные породы, т. е. породы магматического происхождения, излившиеся из вулканов или интрудировавшие осадочный чехол. Определение возраста таких пород производится не по органическим остаткам, а по соотношению с другими породами, которые они прорывают, или по радиоизотопным данным. Такие определения возраста очень приблизительны и таят в себе много ошибок. Поэтому самые идеальные лабораторные палеомагнитные результаты не могут компенсировать «грубости» каменного материала, по которому проведены эти исследования.

Итак, подведем итог: на сегодня для кембрия уже существует значительное (но еще недостаточное) количество корректных палеомагнитных данных, полученных из пород, хорошо охарактеризованных фауной (т. е. точно датированных), что позволяет быть уверенными в том, что Сибирь и Монголия, запад Северной Америки, Австралия и Китай находились в приэкваториальной зоне.

ДАННЫЕ ПО ПАЛЕОТЕМПЕРАТУРАМ

В последние десятилетия довольно интенсивно развиваются различные методы определения палеотемператур. Эти методы невозможно точно проконтролировать, но разные косвенные соображения дают возможность попять реальность оценок палеотемператур, которые получены этими методами. Правда, следует признаться, что прикидки возможных палеотемператур делались и ранее, еще в 50-е годы, на основе исследований специфики осадконакопления (например, накопление красноцветных карбонатов, эвапоритов и т. д.). По аналогии, вероятно, с современными условиями К. К. Зеленов считал, что, например, толщи томмотского и атдабанского ярусов Лены и Алдана накапливались в мелководном бассейне с температурами воды 28—30°.

Долгое время после этого конкретные исследования по нижнему кембрию не проводились, а некоторые выводы были сделаны из интерполяции данных по более молодым отложениям и теоретическим расчетам по верхнему докембрию. Так, например, Н. А. Ясаманов приводит для верхнего докембрия цифры 35—45°. Трудно, правда, попять, имеются ли в виду средние температуры, или речь идет о том, что такие температуры рассчитаны для каждого конкретного места (Тиман, Прибайкалье, Восточные Саяны и др.) Н. А. Ясаманов пишет, что эти расчеты каким-то образом связаны с наличием строматолитов. Как полагает автор, все это относится к позднему рифею, но не вполне ясно, о какой части позднего рифея (R₃) идет речь. Ведь продолжительность R₃ около 200—300 млн. лет. Но попробуем принять эту цифру и посмотреть па другие данные по более молодым эпохам.

Для девона Закавказья, Урала и Восточно-Европейской платформы приводятся цифры 24—31° с некоторым увеличением в этих пределах от начала девона (D) к концу. Если огрубить ситуацию и считать, что от R₃ к D шло постепенное снижение температур, то в кембрии мы должны бы иметь 30—33°. Эта цифра, как мы видим, незначительно отличается от предложенной К. К. Зеленовым, исходившим из совершенно других посылок.

Уже в самые последние годы материал по нижнему кембрию Сибирской платформы вновь стал объектом пристального исследования. Были изучены данные по содержанию магния в типичном для осадочных пород минерале глауконите. Поскольку между температурой и соленостью морской воды существует прямая зависимость, то соотношение распределения магния и палеотемператур должно находиться также в определенной зависимости. И. В. Николаева рассмотрела данные по мезозойским отложениям ряда регионов и получила хорошую сходимость результатов с палеотемпературными данными Н. А. Ясаманова, полученными на основании изучения соотношения изотопов кислорода и отношений Mg/Ca в карбонатах.

Характер глауконита в отложениях самого верхнего докембрия и раннего кембрия, по мнению В. В. Николаевой, чрезвычайно близок к юрским. И, таким образом, палеотемпературные графики, составленные для интересующего нас времени, сравниваются с палеотемпературными графиками юры.

Для бассейнов запада Восточно-Европейской платформы (современная Прибалтика) получены палеотемпературы 25—30°, а для Сибирской платформы – 25—56°. Последняя цифра, конечно, поначалу изумляет и вызывает определенное недоверие. Но И. В. Николаева считает, что такая цифра вполне сопоставима с цифрами для областей современного эвапоритообразования. Надо сказать, что исследованный И. В. Николаевой материал происходит из района, недалеко от которого образовывались раннекембрийские эвапориты.

По ряду причин, на которых я не буду здесь подробно останавливаться, цифра 56° может быть и значительно завышена. Это признает и И. В. Николаева, предполагающая, правда, завышение всего на 5—10%.

ЭВАПОРИТЫ

Чрезвычайно интересным и показательным является распространение эвапоритов, т. е. отложений бассейнов с повышенной соленостью, находящихся обычно в областях с аридным климатом. Несомненно, крупнейшим таким бассейном являлся бассейн, расположенный в юго-западной части Сибирской платформы на территории современных Иркутской области и юга Красноярского края. Здесь накапливались мощные толщи доломитов, гипсов и солей, причем солей так много, что их можно использовать в промышленных целях. Все эти соли имеют раннекембрийский возраст. Интересно при этом, что этот Сибирский солеродный бассейн является первым по времени крупным солеродным бассейном в истории Земли. До сих пор пока неизвестно значительных солепроявлений в докембрии, хотя отложения с гипсами и ангидритами известны начиная с архея. Естественно, что появление крупномасштабного соленакопления является каким-то серьезным моментом в эволюции химизма бассейнов и осадконакопления на Земле.

Значительные по своим масштабам эвапоритовые бассейны располагались на территории Пакистана, Ближнего и Среднего Востока. Даже целая горная система получила название Соляной кряж именно потому, что там встречены соли и эти соли имеют, как теперь становится все яснее, раннекембрийский возраст. Но нас эвапориты интересуют, конечно, прежде всего как показатель соответствующего климата. В наших реконструкциях районы развития эвапоритов не должны находиться по крайней мере в приполярных областях. Учитывая палеомагнитные и другие данные по Сибирской платформе, положение солеродного Сибирского бассейна определяется достаточно легко – он находится, несомненно, в приэкваториальной зоне. Что касается эвапоритов других территорий, то по ним до сих пор данных было пока очень мало.

Рис. 34. Основные пустыни (заштриховано) и график распространения современных эвапоритов по широтам

Но вот недавно советскими геологами в Иране было сделано интереснейшее открытие. Впервые там были обнаружены археоциаты. И хотя сохранность материала оставляет желать лучшего, все же сотрудникам лаборатории древнейших скелетных организмов Палеонтологического института АН СССР удалось установить два очень важных обстоятельства. Первое – это то, что здесь присутствуют биогермные сооружения, построенные этими археоциатами и водорослями, и второе – что набор обнаруженных здесь форм близок к среднеазиатским и южноевропейским.

На графике современного распределения эвапоритов (рис. 34) хорошо видна их приуроченность к определенным широтам, с максимумами на широтах 30—40° в северном полушарии и 20—30° в южном полушарии. Близкая картина получается и по раннему кембрию. Правда, в это время основная масса континентальных плит, вероятно, находилась в южном полушарии. На том же рисунке показаны основные современные пустыни. Исходя из возможных аналогий с современностью, можно, вероятно, предположить, что в кембрии Центральная Африка и часть Аравийского полуострова могли быть также своеобразными пустынями.

РИФОГЕННЫЕ ПОСТРОЙКИ

Основную массу всех органогенных построек раннего кембрия составляют постройки, созданные водорослями и археоциатами, причем первые могут строить биогермы и без археоциат, но последние всегда строят их только совместно с водорослями. Еще очень важно, что водоросли мы находим как в органогенных постройках, так и независимо от них, в то время как археоциаты вне органогенных построек – большая редкость.

На рис. 35 показано известное на сегодня распространение археоциат в нижнекембрийских породах. Почти во всех случаях они происходят из биогермных образований. Достоверные биогермные тела с археоциатами известны по всей Сибири и Монголии, в Китае, Австралии, Антарктиде, Марокко, Южной Европе, Северной Америке.

Н. А. Дроздовой было проанализировано и глобальное распространение водорослей – биогермостроителей. Этот анализ показал, что их распространение подчинено тем же закономерностям, что и археоциат.

Рис. 35. Схема расположения находок археоциат

Теперь по аналогии с закономерностью распределения современных рифов попробуем расположить все точки с археоциатами и водорослями в пределах приэкваториальной полосы с широтами +30—40°. Это, конечно, потребует отказа от современного положения материков.

* * *

Итак, складывая воедино палеомагнитные данные, данные по палеотемпературам, по распределению эвапоритов и, наконец, по распределению биогермов таким образом, чтобы они не входили в противоречие друг с другом, мы должны получить некую цельную картину палеогеографии. Но есть еще одна важная группа фактов, которая позволяет подтвердить или опровергнуть такие построения,– это палеобиогеографические данные, т. е. данные по географическому распределению разных групп организмов.