Перейти к основному содержанию
Опубликовано barbarian77 - 5 мая 2018
id_sour
Реферат

Реконструкция развития бассейнов Паратетиса, реликты которых сегодня представлены Черным, Каспийским и Аральским морями,- одна из интереснейших проблем палеоокеанологии. К сожалению, до недавнего времени история этих своеобразных озер-морей, особенно ее заключительный этап - последние 14 - 15 млн. лет, большинством геологов рассматривалась в отрыве от новейшей истории развития Средиземного моря - самого крупного реликта океана Тетис. Автор предлагаемой читателям "Природы" статьи И. С. Чумаков поставил перед собой задачу восполнить этот пробел.
 В отличие от предшественников он подошел к проблеме взаимодействия бассейнов Тетиса и Паратетиса с позиций специалиста по геологии Средиземноморья. Многолетнее изучение неогеновых толщ этого региона привело его к убеждению, что без объективной
корреляционной основы невозможно понять историю геологического развития Паратетиса и восточной части Средиземного моря. Из-за отсутствия общей для этих бассейнов палеонтологической базы и недостатков палеомагнитной шкалы такой основой может стать надежная радиометрическая шкала.
Группой Чумакова было проведено целенаправленное последовательное радиометрическое датирование большинства ярусов региона, начиная с сарматского - важного рубежа в истории Паратетиса. Работа эта оказалась очень своевременной, поскольку ныне большинство пеплоносных геологических разрезов осталось за пределами России.
Сейчас, когда объективная геохронологическая шкала наконец-то создана, большинство региоярусов верхнего кайнозоя Паратетиса получили новые значения абсолютного возраста и, таким образом, появилась возможность для достаточно надежных корреляционных построений. При этом я бы не назвал радиометрическую шкалу словацких геологов конкурентной, как об этом пишет Чумаков. Сотни опубликованных в Братиславе датировок дают богатый материал для истории новейшего вулканизма Карпат, но в гораздо меньшей степени служат геохронологии Паратетиса.
Автор этой статьи ограничивается лишь несколькими примерами использования новой геохронологической шкалы, среди которых особое место занимают понтическое время для Паратетиса и мессинское - для Тетиса. В этой связи стоит напомнить, что первое сообщение Чумакова о существовании и мессинском веке эвапоритового бассейна на всей современной акватории Средиземного моря и падении в это время его уровня на 1,5-2 км долго не признавалось отечественными. геологами. И хотя данные глубоководного бурения полностью подтвердили эти представления, новый сценарий развития событий в Паратетисе - сброс вод понтического моря в восточный бассейн Тетиса - до сих пор не воспринят нашими соотечественниками.
За рамками статьи, к сожалению, остались очень интересные результаты микропалеонтологических исследований, проводившихся группой Чумакова одновременно с разработкой радиометрической шкалы. Так, их вывод о наличии в морях-озерах двух биот - местной солоноватоводной привнесенной океанической [планктонные фораминиферы, известковый нанопланктон и др.] дает возможность хотя бы приблизительно оценить гидрологический и гидрохимический режимы Паратетиса, составить более объективное представление о характере взаимодействия этого бассейна и Тетиса. Кроме того микропалеонтологические данные заставляют по-новому взглянуть на стратиграфию неогеновых отложений Западного Паратетиса.
В целом же эту статью можно рассматривать как как своеобразное приглашение к чтению недавно изданной и сразу же ставшей раритетом монографии И. С. Чумакова и его коллег. А.С. Монин

 

Радиометрическая шкала для позднего кайнозоя Паратетиса

И. С. Чумаков

ПАРАТЕТИС - система озер-морей, ранее простиравшихся от Центральной Европы до Приаралья, в среднем миоцене (14 млн. лет назад) испытал существенное нарушение связей со Средиземным морем и, соответственно, со всем Мировым океаном. Главной причиной этого было воздымание альпийских горных сооружений на стыке Европы и Азии. В это же время на севере Аравийской платформы образовалось крупное поднятие (Алепский свод), и а результате Средиземное море из гигантского пролива, соединявшего Индийский и Атлантический океаны, превратилось в залив последнего, разделенный высоким Сицилийско-Африканским порогом на Западный и Восточный бассейны.
Все эти события существенно изменили гидрологический и гидрохимический режимы бассейнов Паратетиса, что привело к формированию здесь своеобразной, сугубо местной фауны моллюсков. Эволюция этих эндемиков и была положена в основу выделения серии региональных ярусов Паратетиса, составления местной стратиграфической шкалы.
Несомненно удобная для геологических построений в пределах Паратетиса эта шкала не содержала сколь-нибудь надежных критериев для корреляции местных геологических событий с событиями в соседнем бассейне Мирового океана - Средиземном море - из-за отсутствия общей для каждого отрезка времени фауны. Многочисленность корреляционных схем, предложенных разными учеными, только подтверждала отсутствие объективных данных для сопоставления региональной ярусной шкалы Паратетиса со средиземноморской ярусной шкалой. (Последняя была признана Международной шкалой неогена и плейстоцена Мирового океана.)
Все это потребовало привлечь к решению проблем корреляции физических методов исследований. Прежде всего была разработана палеомагнитная шкала Паратетиса.
Действительно, инверсии геомагнитного поля, зафиксированные в осадках в виде слоев с прямой и обратной намагниченностью, представляют собой глобальные возрастные реперы для корреляции геологических образований и событий. Однако в условиях относительно мелководных бассейнов Паратетиса многочисленные перерывы в осадконакоплении явились причиной <потерь> точек отсчета при выявлении последовательности палеомагнитных эпох и эпизодов в различных ярусах. Это опять-таки привело к многочисленным разночтениям в оценке возраста тех или иных стратиграфических подразделений.
А что если попытаться решить проблему корреляции стратиграфических схем и геологических событий в сравниваемых регионах с помощью возрастной радиометрической шкалы Паратетиса?
Используя опыт работы с итальянскими коллегами на разрезах Апеннин, мы создали радиометрическую шкалу Паратетиса, охватывающую интервал от 14 до 0,5 млн. лет назад. Именно с этого времени в Паратетисе наиболее активно начал проявляться эндемизм и этому же временному интервалу сопутствовали наиболее крупные ошибки в геохронологии.
Рекогносцировочные маршруты и изучение научных публикаций показали, что почти для всех ярусов позднего кайнозоя Паратетиса можно получить радиометрические датировки, основанные на методе треков деления 238U в вулканическом стекле - главном материале пепловых слоев, во множестве залегающих в фаунистически охарактеризованных отложениях озерно-морского генезиса.
Суть метода состоит во внедрении 238U в кристаллическую решетку породы (вулканическое стекло) или минерала (циркон, апатит, слюда и др.) еще во время их формирования и дальнейшем спонтанном делении этого изотопа с образованием радиационных повреждений - треков - в кристаллической решетке. Подсчет числа треков, приходящихся на единицу поверхности (плотность), так же наук и треков 238U, индуцированных в потоке тепловых нейтронов в реакторе и определяющих концентрацию урана, позволяет с помощью специальной формулы вычислить возраст объекта.
Геологический смысл метода предельно прост: выпадение пепла - продукта вулканических извержений - на дно бассейна происходит в геологических масштабах времени мгновенно. Следовательно, все датированные слои явно непереотложенного пепла одновозрастны вмещающим их осадкам. Разрезы позднего кайнозоя Паратетиса содержат тысячи прослоев пепла, однако количество <рабочих> прослоев, отвечающих требованиям метода (размерность -зерен >= 0,1 мм, прозрачность, отсутствие вторичных изменений), относительно невелико. Поэтому все полевые работы в данном случае сводились к поиску слоев качественного пепла и их стратиграфической привязке.
Опорные разрезы, содержащие необходимый для радиометрического датирования пепловый материал, были выбраны нами в Молдове (ранний - средний сармат), на Керченском и Таманском п-овах (средний - поздний сармат), в Азербайджане (пограничные слои сармата и мэотиса, мэотис, понт, акчагыл, апшерон, баку), в центре Русской платформы (ранний миоцен). К сожалению, вулканиты, широко развитые в кайнозойских отложениях Карпат, оказались непригодными для датирования методом треков из-за повсеместной их цеолитизации.
При выборе объектов для определения возраста мы отдавали предпочтение уже описанным в литературе и фаунистически охарактеризованным разрезам. Все горизонты, получившие радиометрические датировки, демонстрировались местным геологам для устранения возможных недоразумений.
Образцы из ключевых горизонтов пеплов получили контрольные датировки. Выполнить эти контрольные определения возраста любезно согласились специалисты Пизанского института геохронологии и изотопной геохимии (Италия) и лаборатории геохронологии Университета Кампинас (Бразилия) - всего 11 дат, показавших высокую степень сходимости с нашими результатами.
Проведенные исследования позволили решить следующие задачи. Во-первых, удалось создать радиометрическую шкалу позднего кайнозоя Паратетиса (более 80 датировок) и, таким образом, дать геохронологическую основу уже существующей стратиграфической ярусной шкале. Во-вторых, в указанном интервале времени удалось провести объективную корреляцию стратиграфических схем и геологических событий Паратетиса и Средиземноморья.
Полученные данные важны также для решения ряда сопутствующих проблем. Так, наличие датировок в разрезах осадочных пород конкретных бассейнов дает возможность определить скорость осадконакопления на том или ином отрезке времени. Кроме того, характер пеплового материала и его распределение позволяют восстановить преобладающие направления палеоветров, указать дальность переноса продуктов вулканических извержений, а в ряде случаев коренным образом изменить сложившиеся представления о географическом положении вулканических источников. Естественно, что наличие множества датируемых прослоев пеплов дает возможность уточнить палеомагнитную шкалу, поскольку появляются многочисленные контрольные точки отсчета инверсий магнитного поля.
Рассмотрим на нескольких примерах те изменения в существующих представлениях о геохронологии позднего кайнозоя Паратетиса, которые были внесены нашими исследованиями.
Сарматский региоярус в стратиграфической шкале, официально одобренной Министерством геологии и обязательной для всех горнодобывающих ведомств страны, как и в корреляционных схемах многих конкретных исследователей, соответствует мессинскому ярусу международной шкалы. Нижняя граница последнего по совокупности данных повсеместно определена в интервале 6,5 - 6,3 млн. лет. Подошва же сарматского яруса установлена нами на уровне 13,7 млн. лет. Таким образом, ошибка в положении его нижней границы составляет более 7 млн. лет (треть всего неогена), сам же сарматский ярус соответствует не мессинию, а серравалию (средний миоцен) и нижним слоям тортона (верхний миоцен). Сделанная "поправка" очень важна: она позволяет утверждать, что связь сарматского моря с ближайшим бассейном Мирового океана - Средиземным морем - стала ограничиваться одновременно с превращением этого моря из пролива в залив, каковым он остается до настоящего времени.
Полученные нами новые микропалеонтологические данные (планктонные фораминиферы, известковый нанопланктон) позволяют считать ошибочным утвердившееся представление о сарматском море как о замкнутом бассейне. Действительно, ограничение связей с Мировым океаном существенно изменило обстановку в сарматском бассейне, но приток океанической воды и фауны при этом не прервался, а только сократился. Видимо, здесь создалась обстановка, характерная для современного Черного моря: через Босфор с придонным течением сюда непрерывно поступает средиземноморская вода, несущая фауну и флору нормально-соленого моря.
Естественно, что полученные нами датировки для более молодых ярусов Паратетиса привели к существенному смещению их геохронологического положения в сторону более древних значений возраста. В этом отношении очень показателен понтический ярус Паратетиса.
В большинстве публикаций, как и в схеме Мингео, этот ярус назывался нижним стратиграфическим подразделением плиоцена. Нижняя граница последнего (миоцен - плиоцен) вне Паратетиса повсеместно проводится в интервале 5 - 5,2 млн. лет. Серия же выполненных нами радиометрических датировок однозначно указывает на его миоценовый возраст. Нами точно установлено, что нижняя граница понтического яруса Паратетиса расположена на уровне 7 млн. лет (это соответствует верхним слоям тортона Средиземноморья), а весь нижний подъярус понта (или ранний понт) также является общим для всего Паратетиса. И только средний и поздний понт следует рассматривать как аналоги мессинского яруса (от 6,5 - 6,3 до 5,2 - 5,0 млн. лет).
Радиометрические датировки доказывают, что именно в начале среднего понта, вблизи рубежа 6,5 млн. лет, в Восточном Паратетисе произошло давно известное геологам событие - единое понтическое море Восточного Паратетиса распалось на два изолированных бассейна - Эвксин и Каспий. Казалось бы, не вызывает сомнений, что это обусловлено воздыманием Кавказа. Однако анализ событий в Средиземном море мессинского времени позволяет нам предложить совсем иной сценарий.
Глубоководное бурение в Средиземном море, равно как и изучение разрезов мессиния на островах и по берегам этого моря, свидетельствует о трехчленном строении мессинского яруса. В нижней его части - формация триполи - отмечается ухудшение связей мессинского моря с океаном, здесь появляются. первые следы эвапоритизации. Средняя часть яруса - эвапоритовая формация - представлена мощной (до 1,5-2 км) толщей гипса, ангидрита, галита и других солей. Ее образование свидетельствует о многократном искушении "ванны" Средиземного моря, сопровождавшемся резким падением его уровня. Наконец, верхняя часть яруса - формация лаго-маре - была выявлена только в восточном бассейне Средиземного моря. Она представлена в основном карбонатами и терригенным материалом, характерным для солоноватоводного озерного бассейна с соленостью 12-13%o.
Таким образом, к югу от Паратетиса в непосредственной близости от него в солеродном средиземноморском бассейне произошла быстрая смена гидрохимического режима: гиперсоленый водоем превратился в озерный слабосоленый. В нем появилась фауна моллюсков (конгерии, дрейссены, мелаиопсисы) и остракод, свойственных понтическому морю Паратетиса.
Сам бассейн был относительно мелководным и занимал самые глубокие впадины исходного водоема. Только в районах активных постмессинских воздыманий земной коры отложения этого озера-моря оказались. выведенными на поверхность (Кипр, Ионические о-ва, приадриатические районы Апеннин), что и позволило обнаружить в них обильную понтическую фауну. Согласно данным зарубежных геологов, этот необычный для всей истории Средиземноморья солоноватоводный бассейн просуществовал совсем недолго - от 5,4 до 5,2 млн. лет назад.
Возникает естественный вопрос: откуда здесь появились солоноватые воды, резко изменившие облик бассейна и принесшие с собой понтическую макро- и микрофауну?
Есть все основания утверждать, что бассейн лаго-маре (озеро-море) возник за счет сброса понтических вод Паратетиса в восточный бассейн Средиземного моря. По той же причине (в результате падения уровня понтического моря) в среднем - верхнем понте этот бассейн разделился на два - Эвксин и Каспий. Значительно позже - 3,5-3,4 млн. лет назад - эти бассейны снова объединились, образовав акчагыльское море. Однако их объединение обусловлено не опусканием Кавказа, а общим повышением уровня Мирового океана.
Вернемся к событиям, связанным с завершающим этапом формирования понтического яруса. Геологические исследования показали, что в конце понтического времени обширные территории прилегающие к современным Черному и Азовскому морям, оказались осушены. Возникшая здесь эрозионная сеть распространялась в пределы современной акватории, где она ныне погребена под мощным слоем более молодых осадков. Базисом эрозии этой сети был водоем, границы которого пока не установлены, поскольку его осадки, находящиеся глубоко подо дном Черного моря, не вскрыты скважинами. Но если наши построения верны, в понтическом ярусе недостает (и бурение должно подтвердить это) самого верхнего подразделения, отвечающего по времени образования формации лаго-маре Средиземного моря. Предварительно мы назвали это подразделение эпипонтом.
Итак, начавшийся в среднем понте постепенный переток понтических вод Паратетиса в мессинский эвапоритовый бассейн (первые представители понтической фауны появились здесь еще до образования формации лаго-маре) завершился в финальном понте массовым сбросом вод в восточный бассейн Средиземного моря и возникновением здесь солоноватого озера-моря.
В понтическом Каспийском бассейне в условиях изоляции возникла собственная, отличающаяся от эвксинской эндемичная фауна. По этой фауне здесь удалось выделить два стратиграфических подразделения, условно отвечающих среднему и верхнему понту Эвксина - шемахинские и бабаджанские слои. Последние получили в Азербайджане серию радиометрических датировок, согласно которым самая верхняя часть бабаджанских слоев, залегающих выше пеплов возрастом 5,19 млн. лет, выходит за пределы миоцена. Следовательно, в Каспийском бассейне часть верхнего понта соответствует нижним слоям киммерия, т. е. нижним слоям плиоцена. Судя по наблюдениям, в бабаджанское время на территории Азербайджана начался распад бассейна на отдельные водоемы.
И еще одна важная деталь. По-видимому, эвксинский и каспийский понт имеют несколько различные стратиграфические объемы, причем уточнить эти различия довольно трудно. Если отложения каспийского понта достаточно насыщены пепловым материалом и здесь есть возможности для дальнейшего уточнения радиометрической и палеомагнитной шкал, то в эвксинском понте нам не удалось обнаружить ни одного прослоя пепла. Вместе с тем недоучет существующих здесь перерывов привел к явной ошибке в шкале инверсий магнитного поля: объем понта оказался занижен до менее 1 млн. лет, в то время как у нас он составляет 1,8 - 2 млн. лет.
Таким образом, представления о геохронологии и палеогеографии понтического бассейна Паратетиса и отдельных его частей, еще недавно казавшиеся такими устоявшимися, постепенно трансформируются.
Раскрытие Гибралтарской "щели" и выравнивание уровней Мирового океана и иссушенного Средиземного моря восстановили нормально-морской режим и глубоководность последнего. Именно этот эпизод мгновенное (в геологическом смысле) внедрение вод и выравнивание уровней принят за международную границу миоцена и плиоцена. В результате в Эвксине восстановился уровень моря (уже киммерийского), границы которого вышли далеко за пределы подвергшегося дренированию понтического бассейна, но это еще не привело к объединению Эвксина и Каспия. К сожалению, из-за отсутствия прослоев пепла как в киммерийских отложениях Эвксина, так и в одновозрастной с ними продуктивной толще Каспийского региона временной интервал этих подразделений определяется радиометрическим датированием кровли понтического и подошвы акчагыльского ярусов (от 5 до 3,5 - 3,4 млн. лет).
Интересным объектом наших исследований стал вскрытый в одном из районов Воронежской области мощный (до 2 - 2,5 м) пласт пепла, заключенный в толще пресноводных песков и глин. Этот пласт, представленный очень чистым и хорошо отсортированным вулканическим пеплом, рассматривался впервые описавшими его исследователями как плиоценовый (моложе 5 млн. лет), а источником пеплов считались вулканы Центрального Кавказа. Позже этому пеплу стали приписывать сарматский возраст (средний - верхний миоцен).
Полученная методом треков дата 19,9+- 1,4 млн. лет и близкая к ней дата в 22+-3 млн. лет, полученная калий-аргоновым методом, позволяют уверенно отнести эти пеплы и вмещающие их породы к нижнему миоцену, т. е. понизить их возраст на 7 - 10 млн. лет. Источником пепла, скорее всего, был Закарпатский регион, где известны близкие по возрасту кислые вулканические породы, состав которых отвергает датированному нами слою. Нет сомнений, что эти пеплы покрывали обширные пространства Русской платформы, но впоследствии в большей своей части они были уничтожены в результате эрозии.
Вообще, распределение пеплов в пространстве относительно их источников почти во всех случаях указывает на преобладание здесь в позднем кайнозое западных и юго-западных ветров. Дальность переноса колеблется в пределах от сотен до нескольких тысяч километров и зависит как от силы ветра, так и от "парусности" обломков вулканического стекла. Тек, весьма распространены обломки в виде скорлупок, черепков и рогулек, представляющих собой фрагменты пузырей различного размера, образующихся при вулканическом выбросе и охлаждении кислой магмы. Очень характерны рогульки - обломки стенок двух или нескольких сросшихся пузырей. Естественно, что подобные обломки, часто "сросшиеся" с тонкими пластинками биотита, переносятся дальше, чем более массивные обломки стекла.
Наблюдения показали, что по мере удаления от вулканических источников в пеплах становится меньше рудных минералов - ильменита и магнетита. Кроме того, сокращается количество граната, рутила, эпидота, турмалина, корунда, циркона и апатита. Последние два минерала, присутствующие в составе пеплов как вблизи вулканов, так и на их флангах, - наиболее надежные объекты для радиометрических датировок. Однако вблизи центров извержений очень редко встречаются стратифицированные, обеспеченные надежной палеонтологической привязкой озерные и морские отложения. Поэтому при радиометрическом датировании мы отдавали предпочтение разрезам в тех участках бассейнов осадконакопления, которые удалены от вулканических центров.
До недавнего времени единственной конкурентной нашей была радиометрическая шкала позднего кайнозоя Паратетиса, выполненная специалистами из Братиславы (Словакия). Однако их датировки, сделанные в основном калий-аргоновым методом, относятся к магматическим породам на флангах вулканов, где трудно выявить взаимоотношения вулканитов со стратифицированными осадками. Вероятно, по этой причине братиславская шкала в последние годы стала постепенно "насыщаться" нашими результатами датирования.
В созданной нами шкале также учитываются наиболее надежные датировки, выполненные в западных районах Паратетиса, и прежде всего на территории Венгрии и Словакии. Предложенная шкала может найти широкое применение как в странах Центральной Европы, так и в прилегающих районах Средиземноморья (Эгейский и Мраморноморсний регионы) - везде, где используется региональная шкала позднего кайнозоя Паратетиса.
На первый взгляд, разрезы, содержащие множество пепловых прослоев, создают впечатление о почти непрерывно действовавшем вулканическом очаге, Однако данные радиометрии свидетельствуют что между образованием даже самых близких прослоев пеплов прошли десятки, а иногда и сотни тысяч лет. Так, подсчет тонких прослоев пепла, выявленных независимо от нас в верхнесарматских отложениях Керченского и Таманского п-овов (более одного слоя на 1 м разреза), показал, что вулканы извергались не чаще, чем 1 раз в 10 тыс. лет. Причем извержения были очень сильными - об этом свидетельствует удаленность прослоев пепла от вулканических очагов.
Характерно, что в последние годы работы украинских специалистов по корректировке палеомагнитной шкалы в интервале сармат - понт базировались исключительно на разрезах, обеспеченных нашими радиометрическими датировками. Это позволяет надеяться на получение в ближайшее время более точных и объективных данных.
И, наконец, последнее. Наличие в разрезе хотя бы двух прослоев, имеющих радиометрические датировки, позволяет подсчитать скорость накопления осадков в конкретном бассейне или его части на конкретном этапе его истории. В отличие от океанических бассейнов, на абиссали которых скорость осадконакопления исчисляется иногда долями миллиметра за 1 тыс. лет, в бассейнах Паратетиса эта скорость неизмеримо выше - от 2 - 3 до 40 - 50 см за 1 тыс. лет. Расчет скоростей осадконакопления крайне важен также для определения возраста границ ярусов, подьярусов и слоев, особенно в тех случаях, когда на этих границах или непосредственно вблизи них нет датированных слоев пепла. При литологически выдержанном разрезе и отсутствии перерывов в накоплении осадков не представляет труда рассчитать возраст границы, используя при этом радиометрические датировки выше или ниже расположенных пеплов.
В заключение остается выразить глубокую благодарность А. С. Монину, всячески способствовавшему постановке и финансированию темы, А. 8. Мамедову, оказавшему нам неоценимую помощь при изучении и сборе материала в Закавказье, а также моим коллегам - С. Л. Бызовой, выполнившей большой объем полевых работ, и С. С. Ганзею, взявшему на себя всю расчетно-аналитическую часть исследований.

 

 

 

Основная рубрикация
Стратиграфия