Андрей Лапо - Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого
Доказательством того, что нефть действительно образовалась из биогенного органического вещества, является изотопный состав входящего в нее углерода. Кроме того, в нефти найдены «биомолекулы» — соединения, аналоги которых имеются только в живом и биогенном веществе.
Суммарные запасы каустобиолитов измеряются цифрой n. 1013 т. Однако, по подсчетам Н. Б. Вассоевича, это составляет только 0,36% всего органического углерода, содержащегося в осадочных породах. Биогенная органика наравне с кремнеземом, а возможно, и карбонатами представлена в метабиосфере главным образом в дисперсной форме.
Итак, палеобиогенная органика метабиосферы образовалась на суше благодаря деятельности наземной пленки жизни, а в водных экосистемах — главным образом за счет планктонной пленки. Формирование каустобиолитов осуществляется при определяющем воздействии энергетической функции живого вещества. Именно это обстоятельство позволяет нам, сжигая каустобиолиты, использовать энергию солнечного луча миллионнолетней давности. Не зря каустобиолиты называют солнечными консервами.
В качестве характерной особенности каустобиолитов Вернадский подчеркивал эволюцию их состава и свойств. «Они (каустобиолиты. — А. Л.) являют индивидуальность и неповторяемость в геологическом времени и представляют собой историческое явление, что выражается в их чрезвычайном химическом разнообразии и просто объясняется тем, что для каждого геологического момента организмы, тела которых они представляют, были неповторяемы, резко химически различны, так же, как различны те микробы, которые вызвали их образование и тела которых входят в их состав… В каустобиолитах мы видим ясное проявление эволюционного процесса»[73].
Не во всех осадочных породах биогенное вещество представлено такими высокими концентрациями, как в карбонатных, кремнистых породах и каустобиолитах. Беднее биогенным веществом фосфатные, железистые и марганцевые породы.
К фосфатным обычно относят породы, содержащие не менее 10% окиси фосфора. Основными минералами, содержащими фосфор, являются тонкодисперсные минералы группы апатита. Полезными ископаемыми — фосфоритами — являются фосфатные породы с 12—40% окиси фосфора. Их выделяют несколько типов: пластовые, желваковые и ракушечные фосфориты, костяные брекчии и гуано. 95% всех запасов фосфоритов приурочено к морским отложениям.
Мощность пластовых фосфоритов достигает 15—17 м. По внешнему виду они мало характерны. Иногда они белые, похожие на мел, чаще же темные, почти черные. Отсутствие у фосфоритов четких макроскопических признаков иногда вводит геологов в заблуждение. Так, в 30‑е годы в Казахстане (Каратау) фосфориты поначалу принимались за бокситы. А одно из сибирских месторождений было открыто не в поле, а на верхнем этаже «Дворца геологии», в Центральном геологоразведочном музее им. Ф. Н. Чернышева. Здесь в 1949 г. Наталья Александровна Красильникова, известный специалист по фосфоритам, просматривая музейные коллекции, обнаружила интересный образец. По этикетке, составленной четверть века назад, он числился песчаником, а оказался — высококачественным фосфоритом! Наверно, такие ошибки бывали и раньше — ведь название «апатит» образовано от греческого слова «апатао», что значит «обманываю»…
Желваковые фосфориты представляют собой скопление конкреций. Насыщенность ими породы различна; встречаются также куски костей и фосфатизированных органических остатков: древесин, раковин моллюсков и т. д. Иногда присутствуют и фосфатизированные копролиты.
Ракушечные фосфориты встречаются главным образом в отложениях ордовика. Это песчаники или конгломераты, переполненные раковинами мелких беззамковых брахиопод. Характерным примером являются так называемые оболовые песчаники Эстонии и Ленинградской области мощностью до 11 м, включающие в себя остатки Obolus и Schmidtia.
Довольно редким типом фосфоритов являются костяные брекчии — пористые породы желто-бурых тонов, состоящие из обломков скелетов рыб или пещерных позвоночных. Наконец, завершает список типов фосфоритов гуано — огромные скопления (мощностью до 35 м) экскрементов морских птиц (на островах и океанских побережьях) или летучих мышей (в пещерах). На островах Чинча, расположенных у берегов Латинской Америки, ежегодно накапливается слой гуано мощностью 8 см.
Таковы наиболее характерные типы фосфоритов. Происхождение их обсуждается уже много лет. Трудность проблемы заключается в том, что в фосфоритах редко сохраняются остатки сформировавших их организмов (костяные брекчии и оболовые песчаники представляют собой редкое исключение). Вместе с тем имеются убедительные доказательства того, что в круговороте фосфора живое вещество играет важную роль (рис. 15).
Рис. 15. Схема биогеохимического цикла фосфора (по Дювиньо, 1974): 1 — накопление фосфора высшими растениями; 2 — разложение необиогенного органического вещества; 3 — экскременты; 4 — эрозия; 5 — поступление в океан; 6 — вулканический апатит; 7 — осаждение на небольшой глубине; 8 — осаждение на значительных глубинах; 9 — переход в ископаемое состояние; 10 — вовлечение в биотический круговорот диатомовыми водорослями
Американский ученый Д. Мак-Коннел насчитал 76 фосфорсодержащих минералов, образующихся, скорее всего, в результате деятельности живого вещества. Кости позвоночных содержат до 60% фосфата кальция. Еще больше его в раковинах беззамковых брахиопод (помимо Obolus и Schmidtia, к ним относится и ныне живущая Lingula). В планктоне в целом двуокиси фосфора содержится в 1000 раз больше, чем в морской воде. Богаты фосфором также чешуя и скелеты рыб. До 50% фосфата кальция содержат панцири ракообразных.
Концентрируется окись фосфора и в экскрементах. Так, в экскрементах морских животных содержание окиси фосфора в 3 раза выше, чем во вмещающих донных осадках. Важной «уликой» участия живого вещества в формировании фосфоритов является и высокий процент органики (до 36%) во многих фосфоритах. Залежи оболовых фосфоритов из-за высокого содержания органики имеют настолько темный цвет, что похожи на угольные пласты.
В конце XIX — начале XX в. была выдвинута гипотеза об образовании фосфоритов в результате массовой гибели организмов (Дж. Меррей, Р. Ренар и Л. Кайе, А. Д. Архангельский). Весомым аргументом в пользу этой гипотезы являются костяные брекчии. В современных морях на некоторых участках морское дно покрыто слоем мертвых рыб и других животных по 2 м толщиной. Гипотеза Дж. Меррея долгое время подвергалась критике, однако сейчас показано, что в зонах апвеллинга массовые заморы рыбы происходят систематически с интервалом в несколько лет. Они-то и могли привести к накоплению костяных брекчий.
Активным сторонником и пропагандистом идеи биогенного происхождения фосфоритов был Я. В. Самойлов. «Все месторождения фосфоритов, за самым небольшим исключением, органического происхождения, заключенный в них фосфор прошел через тело животного», — писал он. Действительно, копролиты часто встречаются в фосфоритах. Наиболее распространены мелкие копролиты, имеющие 0,2—1,0 мм в диаметре, но изредка попадаются и фосфатизированные копролиты крупных животных, например ихтиозавров.
Много нового в познание генезиса фосфоритов внесло исследование известным геохимиком, доктором геолого-минералогических наук Глебом Николаевичем Батуриным современных фосфоритовых конкреций, обнаруженных в конце 60‑х — начале 70‑х годов на шельфах Юго-Западной Африки, Чили и Перу. Оказалось, что современное фосфоритообразование в океанах локализовано главным образом в зонах апвеллингов (впервые догадку об этом высказал в 30‑е годы ученик Вернадского геохимик А. В. Казаков). Довольно четко при этом прослеживается зависимость интенсивности фосфатонакопления от биологической продуктивности. Основным первичным концентратором фосфора из морской воды является фитопланктон, а в осадок фосфор попадает главным образом в виде фекальных пеллет зоопланктона. Осадки в ходе диагенеза дегидратируются и постепенно преобразуются в плотные фосфатные зерна и желваки. Это явление, впервые описанное Г. Н. Батуриным, в 1984 г. было признано открытием и получило название «эффект Батурина»[74].
Подобный путь фосфоритообразования, видимо, не является специфическим только для современной эпохи. Однако среди древних фосфоритов распространены и другие типы, несопоставимые с современными.
Важнейшей эпохой древнего фосфоритонакопления была позднепротерозойско-раннекембрийская. По мнению советских геологов А. Л. Яншина, А. В. Ильина, Э. А. Еганова и австралийских геологов П. Дж. Кука и Дж. Г. Шерголда, обстановки и условия фосфатонакопления того времени значительно отличались от современных. Содержание фосфора в морской воде было значительно выше, чем ныне. Среди живых организмов, обладающих скелетом, процент фосфатных организмов тогда был выше, чем когда-либо. Фосфатонакопление происходило на шельфах в пределах эвфотической зоны (об этом свидетельствуют остатки водорослей в фосфоритоносной толще) и, видимо, не было связано с апвеллингом.
