Реконструкция палеосреды по изотопным исследованиям верхнеюрских биогенных и абиогенных карбонатов

Изотопные исследования карбонатных скелетов ископаемых беспозвоночных в последнее время стали важным инструментом для палеоэкологических и палеоклиматических реконструкций. Химический и изотопный составы биогенных карбонатов и пород, вместивших их, содержат информацию об условиях обитания живых организмов. Изотопный состав кислорода фоссилий дает количественные показатели палеообстановки, поскольку моллюски, как полагают, формируют свои карбонатные раковины в равновесии с окружающей средой. Величины d18O раковин моллюсков зависят от физико-химических условий среды (температуры, гидрологического режима) и величины d18O морской воды, связанной с соленостью, на которую влияют процессы испарения и поступление пресных вод. Изотопный состав углерода d13C карбоната связан с колебаниями глобального цикла углерода, биопродуктивностью древних морей, изотопным составом растворенного неорганического углерода и более чувствителен к биологическим факторам. Однако при исследованиях ископаемых остатков организмов необходимо учитывать влияние еще одного фактора — процессов фоссилизации, закономерности которых пока малоизвестны.

Цель работы заключалась в оценке возможностей изотопных методов при изучении изотопного состава кислорода и углерода биогенных и абиогенных карбонатов для определения параметров среды прошлого и особенностей постседиментационных процессов их консервации в осадке, получения информации об истории формирования и развития пород.

Для достижения поставленной цели проведены изотопные исследования органогенных карбонатов, отобранных из верхнеюрских отложений севера Русской плиты, представляющих разные группы ископаемых беспозвоночных мезозоя, а также вмещающих их пород.

Измерения изотопного состава кислорода и углерода были проведены на масс-спектрометре Finnigan Delta VAdvantage (Германия). Резуль таты представлены стандартной величиной d (%с PDB). Воспроизводимость — лучше чем 0.2 %с для величин d18O и 0.1 %с для величин d13C.

Волжские отложения, которые вскрываются в правом берегу р. Кобры на южной окраине пос. Синегорье Кировской обл., представлены пачкой серовато-зеленых кварц-глауконито-вых песчаников — мелкозернистых, известковых, обогащенных остатками разнообразной фауны, которая типична для отложений аммонитовой зоны Panderi. Вообще, особенности строения разреза Синегорье — преимущественное развитие низкоуглеродистых, существенно разубожен-ных терригенным материалом разновидностей горючих сланцев — свидетельствуют о том, что сланценосная толща, по мнению Е. В. Щепетовой (2009), накапливалась близко к палеоберегу. Среднеоксфордские отложения на левом берегу р. Пижмы в устье р. Вяткиной представлены серым, оолитовым известняком с гнездами глауконита и многочисленной фауной аммонитов Cardioceras sp., белем-

Изотопные данные фоссилий и вмещающих их пород (север Русской плиты): 1,2 — р. Кобра, Синегорье: 1 — фоссилии, 2 — вмещающий песчаник; 3—6 — р. Пижма, устье р. Вяткиной: 3 — кальцит, вторичная минерализация, 4 — вещество, замещающее фауну, 5 — известняк, 6 — белемниты; 7, 8 — руч. Ляпашор, с. Визинга: 7 — фораминиферы, 8 — белемнит; 9,10 — р. Айюва: 9 — фораминиферы, 10 — белемнит

нитов, двустворок и гастропод. Породы, наблюдаемые в естественном выходе на левом берегу р. Айювы, представленные переслаиванием разных по степени карбонатности и содержанию органического вещества глинами и горючими сланцами с многочисленными остатками фауны, С. В. Лыюро-вым и Л. А. Сельковой (2008) отнесены к среднему подъярусу (зона Dorsoplanites panderi) волжского яруса. Среднеоксфордские формы фора-минифер обнаружены в окрестностях с. Визинги в маломощном пласте серых и голубовато-зеленых известковисто-песчанистых глин, содержащих мергелистые конкреции неправильной формы. Фораминиферы, характерные, как определено С. В. Лыюро-вым с коллегами (2009), для нижне-кимериджских отложений, отмечены в темно-серых пластичных глинах, в которых наблюдаются многочисленные крупные белемниты и фосфоритовые конкреции округлой формы. Волжские слои представлены переслаиванием светло-серых и серых глин с маломощными (1—2 см) прослоями горючих сланцев.

Изотопные данные остатков раковин бухий и аммонитов из средневолжских отложений на р. Кобра, раз рез Синегорье, имеющих по данным рентгеноструктурного анализа кальцитовый, арагонитовый или смешанный кальцит-арагонитовый состав иногда с примесью брушита, показывают относительно широкий диапазон изменения величин d13C (от —0.8 до 4.5 %о) и d18O (от -3.5 до -1.8 %о). Аномально высокая величина d13C (до 4.5 %о) некоторых раковин, вероятно, отражает витальный эффект этих разновидностей моллюсков. Относительно высокие значения d13C и d18O, по сравнению с одновозрастными айю-винскими, объясняются особенностями строения обогащенного терригенным материалом сланценосного разреза.

Результаты исследования макро-фоссилий из среднеоксфордского известняка на левом берегу р. Пижмы (коллекция С. В. Лыюрова) показали, что только ростры белемнитов не были затронуты постседиментационными процессами. Содержание тяжелых изотопов углерода и кислорода кальцита в белемнитах высокое и наиболее близкое к оригинальному. Они характеризуются положительными значениями d13С — от 0.7 до 2.8 %о. Среднее значение d13С в выборке из 5 проб составляет 2.0 %о. Судя по изо топно-углеродным данным, относительно высокие значения d13С (до 2.8 %о) биогенных карбонатов являются отражением повышенной биологической продуктивности мелководного моря. Вместе с тем кальцит фрагментов ростров белемнитов характеризуется и относительно высокими значениями d18O — от 0.3 до 1.4, в среднем 0.9 %о. Согласно новым изотопным свидетельствам диапазоны температур роста ростров белемнитов, полученные по выборкам из 5 кальцитовых проб, укладываются в пределы 6.9 и 11.3 °С, в среднем составляют 9.0 °С. Таким образом, результаты изотопно-кислородных исследований фрагментов ростров белемнитов из среднеоксфордских отложений р. Пижмы свидетельствуют о достаточно низких температурах вод морских бассейнов в это время. В оксфорде, быть может, имели место холодные течения. Впрочем, палеотемпературы по белемнитам могут указывать на их придонный образ жизни. В последние годы появились сведения о низких среднегодовых палеотемпературах в позднеюрских морях. Наши величины изотопных палеотемператур по рострам белемнитов сопоставимы с температурными данными (в среднем 9.4 °С), полученными П. У. Дичфильдом по белемнитам на Шпицбергене.

Очень низкие значения d ¹³С (от — 1.9 до -4.5 %о) и d ¹⁸O (от-11.1 до — 5.0 %о) установлены у некоторых раковин аммонитов, двустворок, характеризующихся заметными постдиагенетическими признаками. Учитывая результаты изотопных определений углерода и кислорода во вторичном кальците, мы предположили метеорную природу раствора, из которого он образовался на постдиагенетическом этапе.

Данные по изотопному составу кислорода и углерода, вероятно, близкому к первичному, удалось получить по единственному ростру белемнита (коллекция Л. А. Сельковой) из породы в окрестностях с. Визинги на р. Ляпашор, очевидно ограниченной интервалом средний оксфорд-нижний кимеридж (верхняя юра), в которой В. В. Михеев обнаружил остаток юрской акулы на территории Республики Коми. Значения d ¹³С и d ¹⁸O ростра белемнита составляют 1.3 %о и -1.2 %о соответственно, что отвечает палеотемпературе формирования 16.7 °С.

Карбонат раковин фораминифер из оксфордских светлых голубовато-

зеленых глин на р. Ляпашор (коллекция С. В. Лыюрова) характеризуется относительно низкими значениями d ¹³C (от -2.2 до -4.1 ^) и d ¹⁸O (от -4.4 до -4.2 %о). Карбонаты фораминифер из волжских светло-серых и серых глин с маломощными прослоями горючих сланцев характеризуются наиболее широким диапазоном значений d ¹³C, от -4.0 до 0.1 %о, то есть формируют раковины в различных геохимических обстановках. Величины d ¹⁸O здесь варьируют от -3.7 до -2.9 %о, в то время как раковины фораминифер того же возраста из айювинских отложений характеризуются очень легким изотопным составом кислорода, не превышающим -7.8 %о. Как видно, изотопный состав карбоната раковин фораминифер связан с литологическими особенностями отложений. Возможно, что Палеотиман являлся источником континентального сноса, который приводил к значительному уменьшению величины d ¹⁸O карбоната айювинских фораминифер. Этот эффект, однако, менее заметен по изотопному составу углерода.

Изотопные параметры остатков фауны и вмещающих их отложений свидетельствует о том, что в северной части морского палеобассейна Рус-

Внутреннее строение образцов, р. Печорская Пижма: а — белемнит (кальцит); б — вторичный кальцит; шлифы ской плиты в юрский период существовала разнообразная обстановка осадконакопления. В целом сопоставление полученных данных с имеющимися по центральным районам позволяет рассмотреть общие закономерности изменения палеоусловий в поздней юре. Полученные нами резуль таты открывают широкие перспективы применения анализа изотопных методов для реконструкции палеообстановок в юрских морях и истории формирования и развития пород на исследуемой территории.

Исследования проводятся в рамках Программы Президиума РАН № 16.