Страница204
Дочетвертичные лѐссово-почвенные серии.
Циклы оледенений продолжались до конца палеозоя. Поскольку отсутствие стратиграфических маркеров не позволяет провести дробное разделение ледниковых эпох, они получили единое название пермокарбоновые оледенения. Наряду с циклотемами в верхнем палеозое представлен еще один важнейший палеогеографический архив – лѐссовопалеопочвенные серии. Толщи лѐсситов (дочетвертичных лѐссов) широко представлены в экваториальном поясе западной Пангеи (юго-запад Северной Америки). Первые лѐсситы описаны в верхнедевонских отложениях, однако широкое распространение они получили в верхнем карбоне и перми. Верхний палеозой считается самым «пыльным» периодом в истории Земли (Mack et al., 2003, Tramp et al., 2004, Soreghan et al.. 2008).. Например, толщи верхнепермских лѐсситов (дочетвертичных лѐссов) в бассейне реки Колорадо (юго-западная Пангея) превышают 700 м. Для сравнения, максимальная мощность плейстоценовой лѐссовой толщи на лѐссовом плато Китая составляет 324 м (An et al., 1991). Лѐсситы, как и четвертичные лѐссы характеризуются преобладанием крупной пыли и плащеобразным залеганием. Особенно широкое распространение лѐссово-почвенные серии получили в верхней перми, в связи с аридизацией и циклами оледенений. Активные области лѐссонакопления - это обширные седиментационные равнины, примыкающие к поднимающимся горным сооружениям, служившим источником лѐссовой пыли. Развитие лѐссовых горизонтов совпадает с максимумами ледниковых циклов, что свидетельствует о мобилизации пыли в ледниковые периоды при усиленной муссонной циркуляции. Источником лѐссовой пыли могли быть покрывавшиеся ледниками горные массивы, примыкавшие к областям лѐссонакопления в юго-западной Пангее. Широкое распространение лѐссов в низких широтах подтверждает наличие здесь семиаридного климата.
Лѐсситы стали распознавать сравнительно недавно, и в настоящее время происходит переоценка генезиса многих отложений, считавшихся проблематичными. Связано это с тем, что в силу обширности областей лѐссонакопления, эоловая пыль могла отлагаться на самых различных поверхностях, а эоловый осадок мог подвергаться переработке различными процессами – прибойными, аллювиальными и т. д. Так, «эолово-морские сланцы» сохраняют основные черты своего состава, отсутствие характерной для дельтовых отложений слоистости и плащеобразное залегание. Описываются также аллювиальные системы, состоящие почти исключительно из пылеватых осадков. Даже русловые фации блуждающих водотоков представлены пылеватыми отложениями. При этом может ясно угадываться флювиальная переработка эолового материала (Mack et al., 2003). Изучение площадного залегания пермских пылеватых отложений в долинах рек юго-западной Пангеи показало, что
Страница205
чисто аллювиальные процессы не могли создать такое обилие пылеватого материала, заполняющего долины от верховьев до нижних частей долин. В настоящее время подобное явление отмечается только в наиболее обширной области лѐссонакопления – на лѐссовом плато Китая, где пылеватые осадки забивают даже русловой аллювий реки Янцзы. Описывается и противоположная последовательность. Так, мощные толщи красноцветных алевролитовых сланцев рассматриваются как аллювиальные отложения, в дальнейшем переотложенные эоловыми процессами (Smith, et al., 2002).
Считается, что верхнепермские палеопочвы на востоке Русской равнины формировались на аллювиальных осадках. Об этом свидетельствует зависимость строения педокомплексов от близости предполагаемых временных водотоков, оглеение во всех без исключения почвах, наличие остракод и пр. (Иноземцев, Таргульян, 2010). В то же время, природа цикличности осадков остается не вполне ясной. Так, в них не обнаруживается ясной слоистости, что объясняется режимом спокойных разливов временных водотоков в условиях слабой расчлененности рельефа. Что же определяло цикличное поступление больших порций осадков в относительно короткие интервалы времени? Нам представляется, что возможным объяснением может служить эоловое поступление пыли. Напомним, что рассматриваемые почвы вписываются в типичную для верхнего палеозоя модель активного лѐссонакопления. Это обеспечивается соседством обширного седиментационного бассейна с поднимающимися горными сооружениями, служившими источником лѐссовой пыли. Таким образом, формирование почвенноседиментологических серий также как и для западных областей Пангеи может объясняться циклами поступления эоловой пыли. В пользу такого предположения свидетельствует, прежде всего, пылеватый состав осадков (содержание в гранулометрическом составе фракции крупной пыли достигает 58%, в микростроении преобладает пылеватый скелет), отсутствие ясно выраженной аллювиальной слоистости, а также характер цикличности поступления осадков. Эоловая пыль могла поступать за счет мобилизации материала однородных поверхностей, сложенных красноцветными корами выветривания. Вряд ли размыв массивов породисточников и водный транспорт осадка мог дать такой однородный состав. Следует отметить, что имеются и прямые указания на наличие лѐсситов в пределах Московской синеклизы. Лесситы описаны в обнажениях р. Сухона и в устье р. Мяколицы а также в среднем течении р. Волга в отложениях татарского яруса и уржумского и северодвинского горизонтов (Игнатьев, 1963, Наугольных и др., 2001). Интересно, что толщи пермских лѐсситов в экваториальном поясе западной Пангеи также часто представлены красноцветными алевролитами. В то же время эоловая пыль, поступавшая на поверхность слаборасчлененной равнины, подвергалась
Страница206
слабой обработке блуждающими водными потоками, а в определенные периоды и частичной эрозии, определявшей строение педокомплексов.
Почвы и биосферные кризисы.
Начиная с XIX века периодизация геологической истории строится, прежде всего, на основе катастрофических событий. Границы палеозойской, мезозойской и кайнозойской эр были определены по наиболее отчетливо выраженным сокращениям биологического разнообразия. Приуроченность палеопочв в разных районах древней суши к отложениям, маркирующим глобальные биосферные кризисы, позволяет приблизиться к пониманию их загадочной природы. Переход от палеозоя к мезозою маркируется крупнейшим в истории Земли пермо-триасовым биосферным кризисом (~251,4 млн. лет назад), сопровождавшимся вымиранием более 70% наземных видов позвоночных. Предлагаются как эволюционные причины биосферных катастроф, связанные с постепенными изменениями природной среды (критические стадии генетической эволюции, дрифт материков, изменения климата и смена океанических течений, циклы горообразования, изменения химического состава морской воды и атмосферы, в частности дефицит кислорода), так и катастрофические явления (падение крупных метеоритов, пики космического излучения, трапповый вулканизм и долеритовые интрузии в угольные пласты, разломы на океаническом дне, вызвавшие выбросы метана со дна океана). Однако исчезновение большого числа семейств и классов животных и растений к концу каждой эры и появление новых с началом следующей эры до сих пор остается загадкой. Добавим к этому, что при глобальных биосферных кризисах происходила не только фаунистическая, но и экосистемная перестройка (Сенников, 2004). Так, крупнейший биосферный кризис на границе перми и триаса происходил во время существования на Земле суперконтинента Пангея и выразился в смене холодной и теплой биосфер и аридизации Пангеи. Существенные изменения затронули все компоненты экосистем. Очевидно, что они должны были оставить след и в палеопочвах.
В.А. Красилов (2001) предлагает модель, устанавливающую причинно-следственные связи между различными проявлениями двух крупнейших биосферных кризисов – на границе перми и триаса и мела и палеогена. Согласно этой модели, кризисы имеют скрытую фазу, начинающуюся за миллионы лет до проявления на уровне биосферы. При этом предвестники кризисных тенденций, такие как увеличение частоты геомагнитных инверсий, связаны с глубинными процессами на рубеже ядра и мантии Земли. Следующая фаза проявляется в дифференцированных движениях литосферных плит и связанных с ними магматизмом. С регрессиями связана радикальная перестройка циркуляционных процессов в океане, приводящая к снижению СО2 в
Страница207
атмосфере. Практически все биосферные кризисы совпадают с повышением вулканической активности. Мощнейший трапповый вулканизм сопровождал кризис на границе перми и триаса (P/T кризис, сибирские траппы) и кризис на границе мела и палеогена (C/T кризис, деканские траппы). Эмиссией вулканических газов объясняются Океанические Бескислородные Эпизоды (Oceanic Anoxic Event, OAE) в юре и мелу, а также палеоцен-эоценовый термальный максимум
(Paleocene–Eocene Thermal Maximum, PETM), который связывается с активностью Центрально-Атлантической магматической провинции (Marzoli et al., 1999). Последствия вулканических извержений и траппового вулканизма заметно различаются в зависимости от того, задействован ли механизм высвобождения метана, резко усиливающего парниковый эффект. Выброс метана происходит в случае, если лавы изливаются на угленосные или торфяные залежи. Особенно усиливается эффект излияния в случае, когда лавы нагревают органические сланцы и нефтесодержащие толщи эвапоритов до 2750 С. Для бассейна Тунгуски показано, что в подобных случаях эффект излияния лав различается на протяжении нескольких км (Svensen et al., 2009). Вулканическая деятельность и трапповый вулканизм сопровождались массивными выбросами пепла и аэрозолей. В составе газовых выбросов велика доля метил-хлоридов и метил-бромидов. Кислотные дожди и поступление в почву тяжелых металлов оказывали ощутимое воздействие на биосферу и приводили к возникновению геохимических аномалий. На уровне биосферы кризис проявляется в заключительную фазу, когда происходит прерывание нормальных сукцессионных рядов и замещение климаксных доминирующих форм пионерными с вытекающими последствиями для биологического разнообразия и других экосистемных параметров.
В палеопочвах на P/T границе и C/T границе действительно обнаруживаются признаки геохимических аномалий δ13С, δ18O, δ34S, δ86Sr. Следует отметить, что непрерывные стратиграфические колонки для рубежа перми и триаса представлены главным образом для океанических пород. Так, глобальный стратотипический разрез (a Global Stratotype Section and Point, GSSP) морских отложений для P/T выбран для Мейшана, Китай (Yang et al., 1996). Для континентальных отложений GSSP до сих пор отсутствует. Тем не менее, достаточно полные разрезы с палеопочвами описаны на Русской равнине (восток московской синеклизы), в Антарктиде, бассейн Beacon, на северо-востоке Китая, горы Богдо, в Южно-Африканской республике, бассейн Карру, в Австралии, бассейн Bowen, Южной Америке, бассейн Parana, и восточной Индии, бассейн
Raniganj (Sarkar et al., 2003; Tverdokhlebov et al., 2003; Retallack et al., 2007;
Retallack, Jahren 2008; Coney et al., 2007, Yang et al., 2010). Следует отметить, что биосферный кризис по различным оценкам растянут на период от ста тысяч до миллиона лет (Botha and Smith, 2006). Очевидно,
Страница208
что отдельные профили палеопочв как правило, дают значительно более узкий временной срез. Поэтому следует ожидать некоторой несогласованности почвенных свойств даже на одном стратиграфическом уровне. Кроме того, все континентальные разрезы на границе P/T представлены в пределах обширных седиментационных бассейнов. Палеогеографическая запись отражает не только смену климатических параметров, но и изменения тектонического режима, определявшего и модель флювиальной седиментации, и свойства почв (Newell et al.,1999). При анализе реакции почв на биосферный кризис мы анализируем только наиболее общие закономерности, проявляющиеся в различных регионах древней суши.
Во всех исследованных палеопочвах Пангеи непосредственно над границей P/T наблюдается снижение изотопных соотношений δ13С в среднем на 9‰, а также серы и стронция (Sarkar, 2003). Так, в юговосточной части нунатака Coalsack Bluff в Антарктиде в палеопочвах Dolores, сформированных над границей P/T, δ13С достигает значения - 27.19‰, при среднем значении для пермских отложений -23.08±0.25‰ (Retallack et al., 2007). На глобальное проявление снижения δ13С указывает и то, что оно повсеместно отмечается и в разрезах морских отложений. Несмотря на безусловную синхронность, снижение проходило в несколько этапов и было растянуто во времени. Поэтому его трудно связать с катастрофическими сценариями, такими, как падение крупного метеорита. К позднему триасу значения δ13С постепенно повышаются до докризисных значений.
Одним из загадочных явлений является обогащение почв на границе биосферных кризисов иридием и другими халькофильными и сидерофильными элементами. Распространено представление о космогенной природе иридиевых аномалий, вследствие падения крупного метеорита, однако, обосновывается и представление об их земном происхождении. Иридиевые аномалии зафиксированы в различных стратиграфических горизонтах вблизи кризисного уровня (Botha & Smith, 2006). При этом во многих граничных слоях, в частности в почвах бассейна Raniganj, Индия, иридиевые аномалии не выражены (Sarkar et al., 2003). В свете рассмотренной выше модели (Красилов, 2001), связывающей кризисные явления разного временного ранга, стратиграфическую невыдержанность кризисных горизонтов, последовательные стадии вымирания видов, наличие переходных форм живых организмов (Benito et al., 2005), обогащение иридием и другими элементами в результате геохимических аномалий, вызванных трапповым вулканизмом, представляется более обоснованной. В то же время, иридиевая аномалия в пограничных слоях проявляется резко. Часто иридиевая аномалия также сопровождается наличием в верхних горизонтах почв сильно корродированных зерен кварца и сферул.