Методы историко-геологического анализа

Курсовая работа

по геологии

Методы историко-геологического анализа

Введение

Восстановление физико-географических условий и ландшафтно-климатических обстановок, существовавших в геологическом прошлом, возлагается на одну из основных научных дисциплин, входящих в состав исторической геологии -- палеогеографию. Сегодня палеогеографические исследования уже не ограничиваются только реконструкциями природных обстановок прошлого, а применяются для генетического прогнозирования и целенаправленного поиска месторождений полезных ископаемых.

Палеогеография -- это наука о географической оболочке Земли, ее состоянии и развитии в геологическом прошлом. В процессе палеогеографических исследований реконструируется состав атмосферы, гидросферы, верхней части литосферы и биосферы, выявляются масштабность и интенсивность палеогеологических процессов, восстанавливаются ландшафтные обстановки геологического прошлого, реконструируется климатическая зональность и дается характеристика климата.

В последние десятилетия в составе палеогеографической науки появились и развиваются такие научные направления, как региональная, динамическая и прикладная палеогеография, палеодинамическая геология, палеобиогеография, палеоклиматология и др. Палеогеографические исследования дают возможность определить генезис различных типов отложений, установить взаимоотношение и взаимосвязь различных генетических типов осадков и охарактеризовать состав органического мира. Совокупность данных позволяет не только представить площадное распределение выделенных генетических групп и типов осадков, но и дать характеристику важнейших физико-географических условий прошлого, т. е. охарактеризовать ландшафты и климаты, определить динамический режим водной и воздушной среды. К числу наиболее общих методов восстановления древних физико-географических обстановок относятся фациальный и палеоэкологический анализы.

1. Фациальный метод

Нередко методы восстановления палеогеографических обстановок отождествляют с фациальным анализом, понимая под ним метод восстановления древней географической обстановки по горным породам и содержащимся в них окаменелостям.

Понятие о фациях было введено в геологию А. Грессли в 1838 г., а позднее расширено Н. А. Головкинским в 1868 г. для выражения изменения состава отложений определенного стратиграфического уровня на всей площади их распространения. За прошедшие почти полтора столетия термин «фация» по-разному трактовался и воспринимался исследователями. Одни полагали, что фация -- это особенность осадков, указывающая на условия их образования, а другие, что это физико-географические условия, в которых накопились соответствующие типы осадков. Вместе с тем фации неразрывно связаны с определенными стратиграфическими интервалами разреза. Наиболее полно и объективно *отразили сущность понятия «фация» Д. В. Наливкин, Г. Ф. Крашенинников и В. Е. Хаин. В их представлении фация -- это комплекс отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от соседних отложений того же стратиграфического уровня. Общим понятием, не имеющим стратиграфического содержания, является генетический тип. Генетический тип -- это более широкий комплекс отложений, образованных в определенных физико-геогра-фических условиях.

Рис. 1. Схема соотношения фаций в пределах одновозрастных слоев.; Фации: / -- песчаники и пески с остатками наземных растений и моллюсков; 2 -- пески и глины с остатками наземных растений и прибрежно-морских бентосных беспозвоночных; 3 -- глины с остатками бентосных беспозвоночных; 4 -- карбонаты с ископаемыми остатками планктонных организмов

В пределах суши наряду с денудационными процессами происходят образование кор выветривания и накопление осадков в различных по генезису, размерам и форме впадинах. Формирование осадков идет в долинах рек, в озерных котловинах, в зонах распространения ледников и в областях наземной вулканической деятельности. Континентальные осадки характеризуются неустойчивым-вещественным составом, различной мощностью, структурами и текстурами и сильной изменчивостью в латеральном направлении. Основные типы пород -- обломочные и глинистые, реже присутствуют биогенные и хемогенные. Это обусловлено тем, что в процессе дифференциации на суше концентрируются только продукты начальных стадий размыва и выветривания, а тонкообломочные и тем более растворимые соединения в большинстве случаев выносятся в морские бассейны.

Районы накопления континентальных отложений располагаются чаще всего недалеко от области сноса. Ввиду того что перемещение продуктов разрушения материнских пород происходит на небольшие расстояния, среди континентальных отложений преобладают грубообломочные, плохо отсортированные и слабоокатанные образования. Большинство континентальных отложений, исключая осадки болот, заболоченных пойм и озер, накапливаются в условиях свободного доступа кислорода и поэтому они обогащены окисными соединениями железа. Слоистость отложений разнообразная. Наряду с неслоистыми распространены косо- и горизонтально-слоистые толщи.

Для континентальных отложений характерна связь с зональным типом климата. В ледовом типе климата основными источниками осадочного материала являются физическое выветривание и транспортировка обломочного материала льдом, талыми водами и ветром. Низкие температуры обусловливают практически полное отсутствие биогенных осадков и химической переработки материала.

В гумидном типе климата наряду с процессами механической дезинтеграции исходных пород принимают участие биологические и химические процессы. Перенос материала осуществляется в виде растворов, взвесей и перекатыванием по дну рек. Осаждение происходит как в процессе переноса, так и, особенно, в конечных бассейнах стока. Легкорастворимые соединения выносятся в крупные внутриконтинентальные и морские бассейны. Осадки гумидной области разнообразны: это галечники, пески, алевриты, глины, карбонаты, лигниты и бурые угли. Для литогенеза в гумидном климате характерны высокие концентрации железа, марганца, алюминия, органического углерода, серы, элементов-гидролизатов и т. д.

Аридный тип литогенеза характеризуется отсутствием осадков, обогащенных органическим углеродом, присутствием легкорастворимых солей и соединений. Большим распространением наряду с полимиктовыми неотсортированными отложениями пользуются хемогенные, в частности карбонаты, гипсы и соли.

Наиболее полно классификация континентальных отложений разработана Е. В. Шанцером. Континентальные отложения могут быть сгруппированы следующим образом: элювиальные, речные, озерные, болотные, ледниковые, пустынные и вулканогенные. Вместе с тем каждая из перечисленных групп включает несколько генетических типов, связанных между собой.

Большим распространением среди осадочных толщ пользуются отложения морского ^происхождения. Они характеризуются устойчивым составом на значительной площади и обилием разнообразных морских органических остатков. На состав и строение морских фаций большое влияние оказывают климат, гидрохимический и гидродинамический режимы морских бассейнов, характер подводного рельефа и окружающей суши, состав и объем твердого стока, вулканизм и тектонические условия. Классификация генетических типов морских отложений представлена в табл. 2.

Характер морских фаций в значительной степени изменяется с глубиной, и нередко по мере удаления от берега терригенные осадки становятся более тонкозернистыми, изменяется состав фауны, особенно бентоносных форм, уменьшается количество знаков ряби и исчезают водоросли. Рельеф морского дна обусловливает распространение течений, регулирует возникновение котловин с застойными водами, влияет на распределение хемогенных и терригенных осадков. На подводных возвышенностях в связи с сильной подвижностью вод формируются более крупнозернистые осадки.

От рельефа прилегающей суши зависят состав и объем выносимого в море обломочного материала. При пологом рельефе выносятся продукты глубокого химического преобразования горных пород и относительно более тонкозернистый материал, а при расчлененном рельефе -- грубообломочные разности.

Обособление морей, возникновение лагун и заливов приводит к нарушению солевого и газового режима и к изменению состава органического мира.

Таблица 1 - Классификация генетических типов континентальных осадочных образований

Таблица 2 - Классификация генетических типов морских отложений

Характерной особенностью отложений, возникших в зоне перехода от континента к морю, является их образование в водоемах с нарушенной соленостью. К данной группе относятся фации дельт, лагун и лиманов. Различная соленость в пределах лагуны в той или иной степени отражается на видовом составе организмов. В отложениях лагун наиболее часто захоронены остатки известковых водорослей, беззамковых брахиопод, остракод, ракообразных, мшанок, двустворчатых и брюхоногих моллюсков и рыб. Фации переходной группы возникают вблизи равнинной и возвышенной частей суши и поэтому в их составе могут присутствовать грубообломочные образования. Для них характерны в основном песчано-глинистые отложения, но довольно часто встречаются соленосные, гипсоносные, хемогенные и органогенные карбонатные осадки.

Фациальный анализ осуществляется путем исследования отдельных разрезов и осадочных пород определенного стратиграфического интервала и прослеживания найденных изменений и закономерностей на площади.

Для правильного установления генезиса особую ценность приобретает анализ совокупности признаков или комплексное исследование отложений. В большинстве случаев отдельные признаки могут истолковываться по-разному, а иногда практически не дают определенных указаний на условия образования осадка. Вместе с тем нельзя ограничиваться только комплексным изучением отдельных пород, а желательно проследить и выявить характер переходов одновозрастных, но разнофациальных отложений и условия образования всего парагенезиса, составляющего отдельные разрезы или группы разрезов. Таким образом, выявление и исследование взаимных переходов одновозрастных отложений на площади -- это фациальный анализ и один из главных методических приемов генетического анализа осадочных пород и толщ, а фации -- основные звенья в этой работе.

Важнейшими критериями при фациальном анализе являются следующие:

1. Тип и вещественный состав пород, включая аутигенные минералы, конкреции и особенности цемента.

2. Гранулометрия породы, ее цвет, структура, состав обломков, их окатанность, характер поверхности напластования и размыва, следы перерывов в осадконакоплении, ориентировка обломочных компонентов и органических остатков, присутствие подводно-оползневых деформаций и нептунических даек.

3. Текстурные особенности -- типы и характер слоистости и слойчатости, изучение цикличности и ритмичности осадочных и осадочно-вулканических толщ.

4. Формы залегания пород, их мощности; характер переходов в другие породы.

5. Палеонтологические особенности. Состав, сохранность и распределение фауны и флоры. Соотношение между отдельными группами и сообществами, следы жизнедеятельности организмов, степень сохранности следов роющих животных и их особенности.

6. Наличие минералов -- индикаторов солености и газового режима водоемов, геохимические особенности осадочных толщ.

7. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные ус ловия. Определение Eh, рН, содержание окисных и закисных форм железа.

8. Определение соотношения изотопов кислорода, стронция, серы, углерода, палеотермометрические данные, присутствие вулканогенного и метеоритного материала.

2. Анализ палеонтологического материала

Одно из направлений палеоэкологии рассматривает условия существования организмов геологического прошлого на основе закономерностей в изменении функционально-морфологических особенностей скелета. При этом имеется в виду, что строение организмов и их образ жизни менялись не только в зависимости от условий среды, но и от индивидуального развития. Вследствие того, что организм и среда его обитания составляют неразделимое целое, трудно понять строение и функциональную принадлежность сохранившихся остатков скелета, основываясь только на его морфологии.

Палеоэкологические исследования представляют собой сложный комплекс методов изучения состава, морфологии, образа жизни различных систематических групп организмов и их фациальной приуроченности. Среда обитания морских организмов состоит из абиотических и биотических факторов. К абиотическим относятся тип осадка на дне моря, рельеф дна, его обнаженность, соленость, глубина, газовый режим, температура, наличие твердых образований отмерших организмов на поверхности дна и твердых выступов фундамента, режим волнения. В процессе палеоэкологических исследований обычно выясняется максимальное и минимальное воздействие перечисленных факторов на организмы. Одни организмы могут развиваться в достаточно широком диапазоне абиотических факторов, другие, наоборот, в очень узком. Исходя из этого различают эврибионтные организмы, которые хорошо приспособляются к значительным колебаниям условий внешней среды, и стенобионтные, обитающие в строго определенных рамках колебания условий среды. В зависимости от отношения к температурному режиму выделяют эври- и стенотермные, а к солености -- эври- и стеногалинные организмы.

В процессе палеоэкологических исследований необходимо различать место обитания организма и место его захоронения, хотя, в принципе, иногда они могут совпадать. Выяснением условий и особенностей захоронения остатков ископаемых организмов занимается специальный раздел палеоэкологии, называемый тафономией. Следует различать, представляют ли ископаемые остатки неотделимую часть осадка или они были принесены из других мест обитания и позднее захоронены совместно, т. е. определить различия между палеобиоценозом и палеотанатоценозом. Последний представляет собой скопление остатков организмов, захороненных совместно. Под палеобиоценозом Р. Ф. Геккер понимает население ограниченного участка среды обитания, сформированного за определенный отрезок времени под влиянием биотических и абиотических факторов.

В последние годы важнейшим обобщением экологии стало введение нового, более обширного понятия, чем биоценоз, которое получило название «экологическая система», или «экосистема». Она представляет собой группу взаимосвязанных организмов и тех элементов внешней среды, которые оказывают наиболее сильное влияние на них и одновременно сами зависят от деятельности организмов.

Установление принадлежности органических остатков к тому или иному экологическому типу важно прежде всего для реконструкции особенностей среды обитания организмов. Поэтому при палеоэкологических исследованиях необходимо не только определять систематический состав фауны, но и учитывать особенности среды их обитания; для гидробионтов это температурный, солевой и газовый режимы морских, лагунных и пресноводных бассейнов, для наземных фаун -- температура воздуха, влажность, общее количество атмосферных осадков и степень их распределения в течение года. При рассмотрении морских групп фауны желательно учитывать интенсивность миграции организмов и определять принадлежность изученного палеобиоценоза к нормально развивающейся фауне или к иммигрантам.

Морская фауна в зависимости от образа жизни разделяется на несколько групп. К пелагическим организмам относятся планктонные и нектонные формы. Для планктонных форм характерно парение в толще воды или пассивное перемещение вместе с водой и Поэтому у организмов отсутствуют органы движения. Различают зоопланктон и фитопланктон. Планктонные организмы обладают небольшими размерами. В зависимости от величины тела различают микро- и нанопланктон. Последние имеют размеры менее 50 мкм.

Другую крупную группу пелагических организмов составляют активно плавающие -- нектонные организмы. Они обладают обтекаемой двустороннесимметричной формой тела. Ввиду того что многие нектонные формы приспособились к обитанию на определенных глубинах с разным температурным режимом, соленостью, плотностью, они в известной мере связаны с определенными генетическими группами осадков и являются довольно хорошими индикаторами условий обитания.

Группа организмов, ведущая донный образ жизни, именуется бентосом. Эти организмы в зависимости от условий обитания подразделяются на несколько типов: свободно передвигающиеся по дну, свободно лежащие на дне, временно зарывающиеся в грунт, постоянно живущие в иле, сверлящие твердый субстрат и прикрепленные ко дну. Последние прикрепляются стеблями, ножкой, прирастанием, биссусными нитями или корневыми выростами. Все зарывающиеся формы обитают на мягких грунтах и обладают удлиненной раковиной. Основным признаком свободнолежащих форм является неравенство створок. К грунту обращена выпуклая сторона больших размеров.

К числу главных факторов среды обитания морских организмов относятся температура, соленость, газовый режим, степень волнения, на которые каждая группа организмов реагирует по-разному и в связи с определенными условиями среды вырабатывает защитные функции, которые отражаются в их морфоанато-мическом строении.

Весьма ценный материал об условиях существования организмов дает их географическое распространение. Ареал любой таксономической группы ¦-- это часть земной поверхности. Широкое распространение свидетельствует о хорошей приспособляемости организма к изменениям внешней среды. Космополитыми называются ареалы, покрывающие значительную часть обитаемых участков земной поверхности, причем частота распространения возрастает по мере повышения таксономического ранга. Обычно космополитизм характерен для отрядов и семейств и сравнительно редко для родов.

Ограниченными ареалами обладают эндемичные организмы. Размеры их ареала находятся в зависимости от таксономических единиц. Среди эндемичных форм различают палеоэндемиков и неоэндемиков. Реликтовые эндемичные организмы представляют собой древние формы, ареал которых первоначально был обширным, но постепенно сократился под. влиянием ухудшения природных условий или из-за конкурентной; борьбы.

Палеогеографические выводы, основанные только на данных по ареалам того или иного организма или их сообществ без учета экологической валентности и генетических особенностей осадков для восстановления условий среды обитания, не могут считаться абсолютно достоверными, а иногда даже приводят к существенным искажениям. Например, близкие: по отношению к температурному режиму организмы могут обитать на поверхности в холодных климатических условиях, в зоне действия холодных течений и на значительной глубине. Для того чтобы решить вопрос о действительных условиях обитания, наряду с анализом органического сообщества необходимо исследовать фациальную и генетическую природу осадков, в которых они сохранились.

3. Палеогеографические методы

Морские обстановки. К основным морфологическим элементам рельефа морского дна относятся: береговая зона, материковая отмель, материковый склон, ложе океана и глубоководные впадины.

По степени освещенности различают три зоны моря. Первая,, эвфотическая, или хорошо освещенная, простирается от поверхности до глубин 30--80 м, вторая, дисфотическая, или слабоосвещен-ная, зона располагается между изобатами 30--80 и 200 м. Растительность в этой зоне развита слабо. Третья, афотическая, или неосвещенная, лежит ниже 200 м и совершенно лишена растительности.

В море по характеру условий существования донных организмов и в зависимости от глубин различают следующие области: мелководную, или неритовую, батиальную, абиссальную и ультраабиссаль -- область глубоководных желобов. В пределах морских бассейнов выделяют также пелагическую область, которая занимает их открытую часть.

Неритовая область простирается от поверхности до глубин около 200 м и охватывает часть морского дна, в которую проникает солнечный свет, достаточный для жизнедеятельности организмов. Неритовая область характеризуется постоянными более или менее сильными движениями воды и изменчивой температурой. Это наиболее богатая жизнью часть моря. Здесь обитают *организмы, живущие в морской среде, и она характеризуется их исключительным разнообразием.

Рис. 2. Морфологические элементы рельефа дна Мирового океана

Неритовая область разделяется на три зоны: супралитораль, литораль и сублитораль.

Супралитораль -- зона, расположенная выше уровня максимального прилива и эпизодически заплескиваемая морским припоем. В этой зоне соприкасаются области обитания морских и наземных организмов. Первые приспособились жить как в воде, так и в воздухе, а вторые представлены влаголюбивыми и солнцелюбивыми организмами. Здесь обитают водоросли и высшие растения, насекомые, хелицеровые и ракообразные, черепахи и морские млекопитающие, некоторые рыбы. В этой зоне кормятся наземные животные и птицы.

Литоральная зона -- это прибрежная часть морского дна, расположенная в пределах действия приливно-отливных процессов и периодически, во время отливов, осушаемая от воды. Следовательно, в этой зоне какое-то время действуют континентальные условия, предопределяя тем самым условия существования многих организмов и особенности осадконакопления. Чередование морских и континентальных условий требует от обитателей литорали неприхотливости к факторам среды и поэтому многие организмы отличаются амфибиальностью, т. е. способностью к земноводному образу жизни.

Сублитораль -- освещенная зона морского дна, закрытая водой даже при самых сильных отливах. Нижняя ее граница не опускается глубже 200 м. Наряду с животными здесь господствует водная растительность. В верхней части сублиторали разнообразные водоросли формируют подводные луга. В пределах сублиторали основную массу бентосных организмов составляют рифостроители, моллюски, иглокожие, губки, мшанки, ракообразные и брахиоподы.

Батиальная область располагается над материковым склоном и характеризуется резким увеличением глубины. Она подразделяется на две подзоны. Эпибатиаль охватывает глубины от 200 до 500 м и располагается на внешней части шельфа. В ней встречаются многие сублиторальные виды, которые опускаются на глубину до 500 м, а также некоторые глубоководные формы, поднимающиеся из батиали. Для эпибатиали характерны гемипела-гические илы -- смешанные тонкие терригенные и пелагические осадки -- и обедненный состав донной фауны при полном отсутствии остатков растений. Собственно батиальная зона располагается на глубинах от 500 до 1700 м. Ее ширина определяется шириной материкового склона. Биоценозы батиали представлены животными в видовом и количественном отношениях значительно более обедненными, чем в эпибатиали и тем более сублиторали и литорали. Здесь обитают фораминиферы, губки, кишечнополостные, брахиоподы, двустворки, гастроподы, черви и иглокожие, Батиаль представляет собой зону, где осадки перемещаются вдоль материкового склона в виде оползней и разносятся мутьевыми потоками. Температура морской воды и ее соленость отличаются постоянством.

Абиссальная область располагается на глубине более 1700 м и охватывает подножие континентального склона и ложе океана. В ней отсутствует свет, преобладают низкие постоянные температуры и высокие давления. Распространены иглокожие, черви и ракообразные. Слабо развиты брахиоподы, губки, кишечнополостные, гастроподы. В зоне материкового подножия развиты терригенные осадки, а на океанском ложе -- пелагические илы разного состава.

Ультраабиссаль -- зона, приуроченная к глубоководным желобам. Здесь обитают агглютинированные фораминиферы, черви, ракообразные, голотурии, двустворки, гастроподы и погонофоры.

Установление контуров морских бассейнов. Первостепенной задачей палеогеографии является установление контуров морских бассейнов. Граница между ландшафтами суши и моря всегда условна и восстанавливается по взаимному расположению морских и континентальных отложений, по некоторым особенностям осадочных пород, образованных как на берегу моря, так и на подводном склоне, по формам рельефа и результатам деятельности геологических процессов.

Достаточно уверенно границу суши и моря можно определить по отложениям пляжа, слагаемым обычно конгломератами, галечниками и крупнозернистыми песчаниками, содержащими смешанный комплекс морокой и наземной фауны и обильный раковинный детрит. Реже осадки пляжа содержат линзы глинистых пород с трещинами усыхания и со следами дождевых капель, а иногда включают линзы песков, обогащенные тяжелыми рудными минералами.

В процессе изучения фаций береговой зоны большое внимание уделяется текстурным и структурным особенностям. Для песчаных пород, образовавшихся в условиях волнения, характерна тонкая косая слоистость с наклоном косых слойков в сторону моря. В береговых или пляжных конгломератах преобладающая часть плоской гальки располагается таким образом, что длинная ось ориентирована параллельно берегу, а наклон гальки обращен в сторону моря. Для береговых песчаных отложений характерна волновая рябь, наблюдаемая на верхней поверхности пласта.

Близость берега определяют по следующим признакам: появлению дельтовых отложений, смене фаций активного моря фациями лагун или опресненных вод, появлению желобов, заполненных продуктами размыва континентальных пород.

Граница суши и моря является основным элементом палеогеографических карт, независимо от их масштаба, и поэтому к выделению этой границы следует относиться весьма серьезно. Точность проведения этой границы имеет как научное, так и практическое значение, поскольку она ограничивает площади возможного распространения многих полезных ископаемых континентального и морского происхождения, а некоторые из них, например прибрежные россыпи, непосредственно располагаются на этой границе.

Определение рельефа дна. На дне современных морей и океанов выделяют несколько геоморфологических элементов: 1) подводную окраину материков, которая состоит из материковой отмели, материкового склона и его подножия; 2) глубокие котловины окраинных морей; 3) островные дуги; 4) ложе океана с поднятиями и котловинами; 5) срединно-океанские хребты; 6) глубоководные желоба.

Распространение осадков в указанных крупнейших геоморфологических элементах подчинено циркумконтинентальной зональности, но нарушается подводными течениями и 'микроформами рельефа дна. Тем не менее по составу осадочных толщ и сохранившимся в них органическим остаткам удается довольно точно реконструировать рельеф дна.

Большинство крупных геоморфологических элементов и океанского и морского дна образовалось вследствие тектонических процессов, а более мелкие формы рельефа -- вследствие подводных вулканических излияний.

В области материковой отмели ведущая роль в образовании рельефа принадлежит экзогенным процессам. Здесь располагаются подводные каньоны и подводные дельты, затопленные морем; поперечные желоба, выработанные мутьевыми потоками; крутостенные коралловые и другие органогенные постройки; подводные бары и авандельтовые конусы.

Неровности дна в прибрежной зоне уверенно выделяются при изучении нижней поверхности трансгрессивной серии пород. Гру-бообломочйые породы, особенно абразионно-обломочного происхождения, заполняющие углубления и желоба на поверхности шельфа, надолго сохраняют их контуры.

Крупные геоморфологические элементы определяются на основании фациального анализа, анализа контакта различных фациальных комплексов между собой в горизонтальном и вертикальном направлениях и анализа мощностей различных генетических типов пород. Особенно удачно последний метод применяется при изучении погребенных рифовых тел, когда восстанавливается форма рифового тела.

Газовый режим. В водных бассейнах различной солености в растворенном состоянии находятся газы, входящие в состав атмосферы. Из растворенных газов наибольшее влияние на жизнедеятельность организмов и их расселение оказывают кислород, сероводород и углекислый газ. Морская вода получает кислород не только из воздуха, но и путем выделения его в результате деятельности фитопланктона и водорослей. Содержание кислорода, необходимого организмам для дыхания, зависит от температуры и характера циркуляции вод. Проникновение кислорода в глубокие части бассейна зависит от вертикального распределения плотности в солености вод и перемещения водных масс.

В водах полярных морей кислорода почти в два раза больше, чем в тропических, а в областях с хорошо выраженной вертикальной циркуляцией на глубинах 1,5--2 км его меньше, чем у поверхности. В том случае, когда соленость поверхностных вод меньше солености глубинных, как, например, в Черном море, вертикальная циркуляция затруднена, а это вызывает недостаток кислорода и обогащение глубинных вод сероводородом, образующимся при гниении органического вещества.

Зная качественный состав газов и их соотношение в древней атмосфере и руководствуясь парциальным давлением-, можно определить качественный состав и особенность морей и пресноводных бассейнов древности. Более сложную задачу представляет выявление участков сероводородного заражения. В ряде случаев угнетенность органического сообщества и развитие карликовых форм помогают предварительно определить районы возможного сероводородного заражения. Однако для более уверенного вывода необходимо провести литологический и фациальный анализы вмещающих толщ. В таком случае удается установить, не является ли скопление мелких раковин результатом механической отсортированное™. Кроме того, большое значение имеет систематический состав карликовых форм. Крайне однообразный состав сообщества свидетельствует о ненормальном газовом режиме.

Полное отсутствие бентосных форм не может служить веским доказательствам сероводородного заражения, так как их отсутствие могло быть вызвано какими-то иными причинами, в том числе и условиями сохранности.

Надежным критерием установления сероводородного заражения являются наличие скоплений планктонных организмов при полном отсутствии бентосной фауны и одновременно повышенное содержание органического вещества во вмещающих осадках. Последнее связано с тем, что в условиях сероводородного заражения не происходит минерализации органического вещества, которое захороняется в осадке.

На ненормальный газовый режим указывает присутствие в осадках большого количества мелких кристаллов пирита или сидерита, приуроченных и плоскостям напластования.

Соленость. Соленость определяется количеством растворенных твердых веществ, выраженных в граммах на 1000 мл воды. Большинство организмов, обитающих: в морях, приспособилось к жизни в водах с соленостью 35--36%, называемой нормальной. За границу между пресными и солоноватыми принимаются воды с содержанием солей около 0,5%. Граница между солоноватой и морокой водой менее определенна.

Большое значение для определения солености имеет анализ фаций. Для бассейнов с повышенной соленостью характерны эвапоритовые осадки -- различные соли, гипс и ангидриты. Изменение солености в ту или иную сторону приводит к резкому сокращению видового и родового разнообразия, к разрушению биоценозов и появлению организмов, приспособленных к обитанию в водах с изменчивой соленостью. Поэтому одним из надежных показателей солености является анализ состава биоценоза. Однако палеоэкологические исследования дают возможность определить чисто качественный состав солености.

Разработаны геохимические методы определения солености древних морей. Среди них -- содержание хлора и бора в глинистых породах. Среди других показателей солености иногда применяется хлорбромный коэффициент, который в морских нормально-соленых отложениях обычно составляет 70--300, а в пресных водах его величина не выходит за пределы 4--20.

Н. С. Спиро и И. С. Грамберг теоретически обосновали и широко применили метод поглощенного комплекса, который представлен рядом катионов -- Na', К', Са", Mg". Ими раскрыта связь состава поглощенного комплекса глинистых осадков с природными водами, показаны основные направления диагенегичеокого и пост-диагенетичеокого изменения состава поровых вод и поглощенного комплекса глинистых пород и рассмотрены условия, способствующие их сохранению. По отношению количественного состава поглощенного комплекса хорошо диагностируются морские воды нормальной солености, морские опресненные водоемы, солоновато-водные лагуны, пресные водоемы, морские засолоненные водоемы, бассейны с неустойчивым гидрохимическим режимом.

Р. Ракер и К. Валентайн для определения палеосолености применили метод множественной регрессии биохимических характеристик раковин беспозвоночных. Они установили зависимость между значениями отношения Na/ и Na/Mn в раковинах и величиной солености. В. А. Захаров и Н. Н. Радостев показали, что величина отношения Na/. в раковинах двустворчатых моллюсков имеет простую линейную зависимость от солености.

Температура. Определение температур приземной части атмосферы геологического прошлого -- одна из труднейших задач палеогеографии. Относительные значения температур могут быть определены исходя из биоценозов наземных позвоночных и по характеру растительных ассоциаций, среди которых выделяются сообщества экваториального, тропического, субтропического, умеренного и холодного климата.

Температурный фактор сильно сказывается на жизнедеятельности литоральных бентосных и планктонных форм'. Он определяет са'му возможность существования организмов, вызывает изменение размеров и формы тела, регулирует темп роста и влияет на продолжительность жизни. Наиболее восприимчивы к температурному режиму планктонные водоросли, среди которых особенно важны кокколитофориды и диатомовые. Важные сведения о температурах морских вод и прилегающих континентов дает анализ спорово-пыльцевых комплексов, захороненных в прибрежных осадках.

Довольно часто о температурных условиях судят по толщине скелетных образований гидробионтов. В теплых морях известковые раковины более толстые, массивные. Это связано с тем, что растворимость карбоната кальция выше в холодной воде и обедненность холодных вод СаСОз приводит к развитию организмов с тонкой раковиной с простой скульптурой. Однако выводы о температурных условиях, основанные только на толщине раковин, могут быть далекими от действительности, так как кроме температурного фактора на толщину скелета влияет гидродинамика бассейна, а также количество растворенного в водах морей углекислого газа, всегда соизмеримого с его концентрацией в атмосфере.

Относительные температуры морских вод обычно устанавливаются по распространению стенотермных и эвритермных организмов. Стенотермными теплолюбивыми формами являются колониальные кораллы, нуммулиты, рудисты и др.

Температурный режим может быть установлен по видовому и родовому разнообразию. Более богатая и разнообразная фауна характерна для морей тропиков. Обеднение видового состава происходит не только со снижением температурного режима, но и с увеличением глубины бассейна. Последнее связывается не только

со снижением температурного режима, но и с сокращением количества питательных веществ.

Важную информацию о температурных условиях морских бассейнов дает вещественный состав морских осадков. Например, присутствие большого количества глауконита свидетельствует о наличии сравнительно высоких температур, так как в современных водах распространение глауконита не выходит за пределы изотерм самого холодного месяца 0°С и среднегодовых температур +12°С.

Максимальные концентрации каолинита в общей массе глинистых минералов отмечаются в экваториальных и тропических широтах. К этим же широтам приурочены высокие концентрации карбоната кальция, большим развитием пользуются органогенные высокомагнезиальные известняки.

Важнейшими методами определения температурных условий среды обитания различных организмов являются методы изотопной и магнезиальной палеотермометрии. Метод изотопной палеотермометрии основан на равновесном распределении тяжелого изотопа кислорода в воде и органогенном кальците в зависимости от температуры. Количественное определение изотопов кислорода в органогенных кальцитах осуществляется на высокочувствительных масс-спектрометрах. Температурные значения определяются по уравнению

где А -- колебания водного фона;

Для изотопного анализа, который имеет ряд ограничений, используются скелетные карбонаты кальция организмов, обитавших в нормально-соленых бассейнах. Для анализа отбираются плотные образцы с компактной и не перекристаллизованной раковиной. Полностью исключаются фосфоритизированные, пиритизированные и окремненные образцы. Не могут быть использованы образцы с измененной структурой, а также раздробленные, разбитые трещинами и источенные сверлящими организмами. Для изотопного анализа в основном использовались ростры белемнитов. Ныне доказана возможность использования для палеотемпературных определений раковин брахиопод, планктонных фораминифер, карбонатного нанопланктона.

Метод магнезиальной палеотермометрии основан на изменении концентрации магния и величины Ca/Mg в органогенных карбонатах кальция в зависимости от географической широты и глубины обитания организмов. Отечественными учеными разработана палеотемпературная шкала, основанная на изменчивости отношения кальция к магнию в раковинах различных групп организмов. Содержание кальция и магния в органогенном кальците проводится как обычным химическим анализом, так и рентгенометрическим.

Магнезиальный метод определения температур применим только для раковин кальцитового состава. Для анализа пригодны ископаемые остатки известковых водорослей, мшанок, восьмилучевых кораллов, ругоз, табулят, морских и солоноватоводных двустворчатых моллюсков, белемнитов, брахиопод, крйноидей, крупных и мелких фораминифер.

Глубина морского бассейна «грает важную роль для жизнедеятельности организмов и накопления осадков. Глубина древних морей может быть определена на основании ряда косвенных признаков: 1) гранулометрического состава осадков; 2) структурно-текстурных особенностей осадков; 3) распределения органических остатков; 4) содержания аутигенных минералов; 5) характера фациальных изменений; 6) распределения мощностей отложений. Особо надо подчеркнуть, что с помощью одного отдельно взятого из перечисленных признаков нельзя определить действительную глубину морского бассейна.

Одним из важнейших показателей глубины морских бассейнов являются остатки бентосных организмов, многие из которых в своем развитии распространяются только до определенных глубин. Среди всей массы морских организмов различаются специфические мелководные формы. К ним относятся известьвыделяющие водоросли, колониальные кораллы, археоциаты, строматопоры и ряд организмов, принимающих участие в строении органогенных построек. На мелководье располагались заросли морских лилий, обширные брахиоподовые и устричные банки. Известны также и заведомо глубоководные формы, например светящиеся рыбы. Некоторые исследователи пытаются определить глубины по изменению численности органических форм, учитывая, что основная масса бентоса сосредоточена в области шельфа.

В процессе реконструкции глубин возможны следующие источники ошибок.

1. Остатки организмов могут захороняться достаточно далеко от их места обитания и на существенно иных глубинах. Например, в глубоководных желобах и на склонах срединно-океанских хребтов нередко встречаются остатки раковин мелководных фораминифер, детрит наземных растений и даже обломки деревьев, занесенные сильными придонными течениями.

2. Реконструкция глубин древних морских бассейнов, исходя из изменения состава осадков и заключенных в них ассоциаций ископаемых организмов в поперечном профиле, основана на сравнении с распределением современных организмов и их биоценозов, т. е. на прямом применении метода актуализма в его крайнем, униформистском выражении.

Надо отметить, что если для доказательства мелководного генезиса существует много прямых критериев, то для глубоководных образований критерии неоднозначны. К признакам глубоководности относятся: однородный тонкий состав осадков, присутствие оползневых и турбидитных текстур, развитие своеобразных фаций, в которых отсутствуют бентосные организмы и захоронены только планктонные формы. Такими, например, являются красноцветные известняки с аммонитами, радиоляриты и т. д.

Ныне разрабатываются методы определения абсолютных глубин. Они базируются на палеотемпературных данных. Основываясь на существующих градиентах изменения температур с увеличением глубины в различных климатических областях современных океанов, была предпринята попытка определить глубины древних морей исходя из разности между температурами среды обитания планктонных и бентосных организмов. Разница между температурами, установленными, с одной стороны, по приповерхностным организмам и формам литорали, а с другой -- по прикрепленным и ползающим организмам открытого моря, вместе с анализом фации, минеральным составом вмещающих пород и составом танатоценоза позволили в первом приближении оценить абсолютные глубины древних бассейнов.

Гидродинамика. О гидродинамическом режиме свидетельствуют вещественный состав и структурно-текстурные особенности осадков. Распространение глинистых горизонтально-слоистых отложений без следов перемыва свидетельствует о формировании их в районах спокойного гидродинамического режима. Образование песчаных толщ чаще всего происходит в прибрежной зоне морей или в областях развития течений.

Наиболее распространенная методика установления течений основана на изучении пространственной ориентировки разнообразных включений, галек и текстурных особенностей горных пород. Как оказалось, знаки ряби и ориентировка различных вытянутых остатков органического и неорганического происхождения, расположенных в мелководной зоне вблизи берега, обусловлены движениями водных масс. К ним относятся волновые, приливно-отливные движения, завихрения и водовороты. Статистическая обработка многочисленных замеров по всей изучаемой толще позволяет определить преобладающее направление наклона косых слойков и ориентировки вытянутых предметов и тем самым установить направление преобладающего разноса материала.

Преобладающее направление донных течений, играющих большую роль в формировании осадочного материала, определяется по результатам измерения наклона косых слойков и ориентировки песчаных зерен. Нередко на направление течения указывает ориентировка удлиненных органических остатков, например одиночных кораллов, ругоз, тентакулид, ростров белемнитов и т. д.

Довольно часто наблюдается размыв ложа морских бассейнов сильными донными течениями. В этом случае в разрезе наблюдаются неоднократные размывы слоев, формируются так называемые конденсированные слои со смешанным комплексом фауны, со следами перемыва и окатывания, с присутствием галечного материала того же состава, что и вмещающие слои.

К группе косвенных методов реконструкции палеотечений относятся изучение фациальной природы осадков, особенно выяснение закономерностей площадного развития различных типов фаций, гранулометрии осадков, степени отсортированное™ и окатанности терригенного материала, анализ минерального состава песчаных, алевритовых и карбонатных толщ и их изменчивости на площади бассейна.

Своеобразной модификацией реконструкции течений по минеральным особенностям терригенных толщ является метод определения разноса тонкого терригенного материала, предложенный Н. А. Ясамановым для существенно карбонатных толщ, В различных пунктах выхода одновозрастной карбонатной лачки определяются среднее содержание в ней нерастворимого остатка, количество тяжелой фракции и ряда минералов тяжелой фракции. Полученные значения средних содержаний наносят на карты. Характер распределения нерастворимого остатка и минералов тяжелой фракции на площади бассейна дает возможность судить не только о преобладающем сносе и тем самым помогает установить области сноса среди полей карбонатных пород, но и способствует определению степени разноса тонкого обломочного материала.

Поверхностные течения, кроме того, устанавливаются на основании фациального анализа, по характеру распределения морской стенотермной фауны и растительности на прилегающих участках суши и по распределению на площади бассейна абсолютных значений поверхностных и приповерхностных температур.

Континентальные обстановки. Континент обычно рассматривается как совокупность областей сноса и осадконакопления. Под областью сноса понимается достаточно длительное время существующая область размыва, которая поставляет в районы аккумуляции обломочный и растворенный материал. Временные области сноса приурочены к территориям неустойчивого тектонического поднятия небольшой амплитуды. Устойчивые области сноса представляют собой сложное сочетание небольших по площади областей размыва с протяженными районами формирования континентальных отложений, существующих длительное время.

Отсутствие в каком-либо районе отложений определенного возраста -- необходимое, но не достаточное условие существования в этот период области сноса, так как отложения этого возраста могли быть уничтожены на каком-то этапе последующей геологической истории. Одним из методических приемов выяснения вопроса о существовании областей сноса в районе отсутствия отложений является анализ общего плана расположения фациальных зон на прилегающих территориях. В том случае, когда границы фациальных зон секут район отсутствия отложений данного возраста и продолжаются по другую сторону, не может быть речи о существовании области сноса. Если границы фациальных зон в общих чертах повторяют очертания района отсутствия отложений и по мере приближения к нему наблюдается отчетливая смена одних типов отложений другими, например увеличивается грубозернистость отложений, то можно предполагать существование области сноса.

При приближении к области сноса иногда наблюдается закономерная смена морских фаций лагунными, а затем континентальными. Но это не является общим правилом и довольно часто к областям сноса непосредственно примыкают прибрежно-морские образования. Пространственная смена генетических типов отложений лишь свидетельствует о приближении к области сноса. На это также указывает и уменьшение мощностей отложений соответствующего возраста. Вблизи области сноса характерно выклинивание некоторых стратиграфических горизонтов, увеличение следов перемыва и размыва внутри осадочных толщ.

Строение и состав областей сноса реконструируются на основании анализа минерального состава грубообломочных и песчано-алевритовых пород, органических остатков и минеральных включений, находящихся в осадочных образованиях, материал которых принесен из области сноса.

В процессе палеогеографических исследований не только определяется местоположение областей сноса, но и реконструируется древний рельеф. Принято различать два типа древнего рельефа: погребенный и реконструированный.

Погребенный рельеф -- это рельеф, захороненный под более молодыми отложениями и сохранившийся до наших дней и поэтому доступный для наблюдений. Реконструированный рельеф -- это рельеф, уничтоженный к настоящему времени, но его особенности могут быть выяснены и обоснованы с использованием ряда методических приемов.

Надежное свидетельство погребенного рельефа -- притыкание слоев относительно молодого возраста к поверхностям более древних. О нетектонической природе контакта свидетельствуют следы выветривания в кровле более древних пород, наличие в перекрывающих отложениях обломков пород из подстилающего комплекса и отсутствие следов перемещения вдоль контакта. Показателем погребенного рельефа является первичный наклон слоев, возникший при накоплении осадочного материала на неровной поверхности. Довольно часто распространена так называемая облекающая поверхность, которая напоминает косую слоистость, но отличается от нее отсутствием слойков, наклоненных в разные стороны.

Погребенный рельеф изучается методом реперных поверхностей, когда по набору точек наблюдения определенной поверхности составляется карта горизонталей, напоминающая гипсометрическую. За реперную поверхность берут кровлю определенного стратиграфического горизонта, принимаемую за нулевую поверхность. От нее вычисляется расстояние до восстанавливаемой поверхности, т. е. определяется мощность опорного горизонта.

Большую помощь при изучении погребенного рельефа оказывают геофизические методы. В этом случае погребенный рельеф представляется в виде изогипс, для этого строят карты изменения мощностей между поверхностью рельефа и определенным маркирующим горизонтом.

При реконструкции древнего рельефа по его останцам важное значение имеет определение возраста рельефа. Он может быть установлен исходя из возраста коррелятных отложений, образованных в прилегающих впадинах, и по возрасту поверхностей выравнивания. Последние по способам образования подразделяются на аккумулятивные денудационные и аккумулятивно-денудационные. В процессе палеогеоморфологического картирования не только устанавливается генезис поверхностей выравнивания, но и осуществляется их корреляция по абсолютным отметкам и определяется возраст исходя из возраста покровных и элювиальных отложений.