Глава 16 ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЭПОХИ

геохимия

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

минералы

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

почвы

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

докучаев

биосфера

растения

Биографии геологов, почвоведов

Биографии почвоведов

Эволюция

Кайнофит — верхний мел, палеоген, неоген, четвертичный период (100—0 млн. лет)

Верхний мел

В середине мелового периода произошла новая крупная перестройка растительного мира, в нем стали господствовать покрытосеменные, которые энергичнее поглощают биоэлементы, чем голосеменные. Поэтому при разложении растительных остатков эти элементы (с большим Ах) накапливались в верхних горизонтах почв. В результате новые поколения растений находили в почве больше необходимых им элементов. Так росла самоорганизация и отрицательная обратная связь: растения сами улучшали среду своего обитания. Этот новый тип бика мы назвали прогрессивным, так как он улучшил условия существования организмов.

Хотя покрытосеменные с большей энергией начали поглощать элементы питания из почвы и лучше, чем голосеменные противостояли кислому выщелачиванию, полностью преодолеть последствия выщелачивания растительный мир не смог и в современную эпоху во влажном климате в результате бика развивается кислое выщелачивание почв, ухудшается минеральное питание растений и животных.

В конце мела — палеогене покрытосеменные освоили аридные районы, возник более быстрый бик степей и саванн, что создавало возможность ускорения эволюции. Животный мир также изменился: в конце мелового периода произошло "великое меловое вымирание фауны" — исчезли динозавры и многие другие пресмыкающиеся, в палеогене началось бурное развитие млекопитающих.

В кайнофите увеличилось разнообразие ландшафтов — наряду с гумидными лесными ландшафтами и пустынями, характерными для мезофита, возникли саванны, степи, тундры, горные луга и другие новые типы.

В позднем мелу произошла аридизация и термическая дифференциация климата. Содержание СО2 в атмосфере понизилось, но все же в 7—8 раз превышало современное. Содержание О2 было близко к современному (15.2). Влажные леса с реликтами мезофитной флоры, так же как и пояс интенсивного угленакопления, отступили к арктическому и тихоокеанскому побережьям. Во второй половине верхнего мела — в сеноне существовали Урало-Сибирская и Евро-Туркестанская фитогеографические области. Для последней были характерны саванны, в которых накапливались карбонатные красноцветы.

Исследования на юге Казахстана позволили восстановить геохимию этих ландшафтов (А.И. Перельман и Е.Н. Борисенко). Западные и южные части изученного региона — современные хребты Киргизский и Каратау отличались от расположенных восточнее Чу-Илийских гор большим количеством рек, более влаголюбивой флорой. Это позволило реконструировать климатическую и ландшафтную зональность и составить палеогеохимическую ландшафтную карту, на которой выделена влажная, типичная и сухая саванна (16.4).

Грубообломочный состав аллювия указывает на горный рельеф в районе современного хребта Каратау. На предгорных равнинах были многочисленные пресноводные озера, площадь которых в сезон осадков сильно увеличивалась. Классы геохимических ландшафтов установлены по составу континентальных отложений, коренных пород и по аналогии с современными ландшафтами данного типа. Так, во влажной саванне для ландшафтов на метаморфических породах был характерен кислый класс (Н+), а для ландшафтов на карбонатных породах —кислыи переходный к кальциевому (Н+—Са2+).

Роды геохимических ландшафтов выделены по рельефу, т.е. интенсивности водообмена, а виды — по составу подстилающих пород. Геохимические барьеры установлены по аналогии с современными ландшафтами. Так, во влажной саванне, где преобладали кислые и слабокислые почвы, кальцит и доломит должны были интенсивно растворяться, Са и Mg или выносились за пределы ландшафта, или поступали в нижние горизонты коры выветривания, где развивалась кальцитизация пород (барьеры D2, D3). Именно с этим временем связывают начало образования баритоносных кор выветривания на девонских известняках в хребте Каратау: барит растворяется хуже кальцита и доломита, с чем мы связываем формирование мощной и обширной зоны баритизации Ансайского месторождения, в которой содержание BaSC>4 достигает 65—67%. Во влажной саванне на контакте окисляющихся сульфидных руд с известняками формировались щелочные барьеры D1 и кислые ЕЗ, а на контакте силикатных и карбонатных пород — барьеры D2. В зонах разломов могли возникать термодинамические барьеры Н7, Н8 с образованием известковых туфов.

Восточнее в Чуйской впадине располагалась обширная аллювиальная равнина с многочисленными мелкими водоемами. Здесь были типичные саванны с нейтральными и слабощелочными почвами и водами. В сухие сезоны могли формироваться испарительные барьеры F3, F4, F7, F8, Fll, F12. Для многих современных красноцветных ландшафтов типичных и сухих саванн характерны содовые грунтовые воды, которые, вероятно, были и в сеноне. Эти воды могли активно выщелачивать кремнезем из вмещающих пород, а на участках захоронения остатков организмов, где создавались очаги локального понижения рН (за счет выделения СО2 при разложении органических веществ кремнезем мог осаждаться метасоматически, клеточка за клеточкой, замещая стволы деревьев, кости динозавров). Подобное окремнение известно в сенонском аллювии (барьер В4). На 16.5 приведены реконструкции геохимических ландшафтов сенона.

Геохимия палеогеновых ландшафтов будет рассмотрена в гл. 17 на примере хорошо изученной территории Казахстана.

Миоцен (25—10 млн. лет назад).

В эту эпоху атмосфера по сравнению с современной все еще была примерно втрое богаче СО2 (0,1% против 0,03%). В водах содержание СО2 и его производного — НСО3 также должно было быть повышено, что благоприятствовало карстовым процессам, увеличению кислотности вод, кислому выщелачиванию почв и кор выветривания. Большую часть территории России занимала широкая зона гумидных лесных ландшафтов с теплым умеренным климатом и субтропическими элементами во флоре. Даже в Восточной Сибири росли магнолия, секвойя, лавр, таксодиум. Южнее этой грандиозной полосы широколиственно-хвойных лесов, в Приморье, Приамурье, на Украине, по Нижнему Дону и низовьям Волги простирались леса влажных субтропиков, которые преобладали и на островах Кавказского архипелага.

Рельеф миоцена по сравнению с современным был менее расчленен, преобладали низменности и равнины, альпийские поднятия только зарождались и, например, Урал представлял холмистую возвышенность. Только в Южной Сибири и на Дальнем Востоке уже поднимались настоящие горы — невысокие предки Алтая, Саян, Байкальского и других современных хребтов с альпийским рельефом.

Западнее Енисея преобладали лесисто-болотистые низменности с полноводными реками, широкими речными долинами, озерами. В геохимическом отношении эти ландшафты напоминали лесисто-болотистые низменности карбона и современных влажных тропиков. Почвы и континентальные отложения гумидных миоценовых низменностей подвергались сильному выщелачиванию и почти целиком состояли из труднорастворимых минералов, главным образом каолинита и кварца. Местами отложения состоят из почти чистых кварцевых песков и каолиновых глин. В болотах накапливался торф, давший начало залежам бурых углей Башкирии, Оренбургской области, Сахалина, Белоруссии. Еще шире распространилось углеобразование, не имеющее промышленного значения: тонкие пропластки углей, углефицированные стволы деревьев, рассеянное органическое вещество характерны для многих речных отложений — "аллювиальных сероцветов". Такие скопления часто обогащены редкими элементами, для которых сорбция являлась единственно возможным механизмом концентрации (G2). В местах выхода глеевых грунтовых вод на земную поверхность, например, в нижних частях склонов, на террасах и поймах рек, формировался барьер А6, на котором осаждались гидроксиды железа.

Большой интерес представляет палеобиогеохимия лесных низменностей миоцена, так же как и других аналогичных палеоландшафтов — вестфальских карбона, мезофитных триаса, юры и нижнего мела, кайнофитных — верхнемеловых и палеогеновых.

Фауна всех этих ландшафтов в течение многих поколений существовала в условиях минерального голодания, так как и растительная пища, и воды из-за кислого выщелачивания почв были очень бедны важными биоэлементами. Особенно был характерен дефицит Са, ограничивающий развитие скелета и размеры животных. Дефицит Р, Са, К и других элементов сочетался с избытком Si, Fe, Mn, Al. Многие поколения животных пили "коричневую воду", богатую РОВ, содержащую витамины, гормоны, канцерогены и другие активные соединения. Столь своеобразные условия, вероятно, влияли на эволюцию, в ландшафтах мог происходить отбор на химической основе, здесь, вероятно, были важные центры видообразования фауны и флоры. Организмы должны были приспособиться к минеральному голоданию, маломинерализованным водам, богатым РОВ, и местам, относительно обогащенным Fe, Mn, Al, Si. Это должно было вести к формированию "железной", "марганцевой", "алюминиевой" и "кремниевой" флоры, накапливающей данные элементы. На возвышенностях и в горах, где болот было меньше, ландшафты относились к кислому классу (Н+). В миоцене они преобладали на Балтийской возвышенности, Урале, Кавказе, в горах и на возвышенностях Южной Сибири и Дальнего Востока.

В Восточной Сибири были широко распространены карбонатные осадочные палеозойские породы и основные изверженные породы — траппы. Ландшафт здесь относился к переходному (Н+—Са2+) классу, его эволюция была иной, чем кислых и кислых глеевых ландшафтов.

В начале миоцена в Саянах, Забайкалье, на Сихотэ-Алине, Курилах распространился континентальный вулканизм, изливались базальтовые лавы, горячие источники давали начало сильнокислым ручьям и озерам. Геохимия таких сильнокислых ландшафтов (Н+, S042", С1-) была во многом аналогична вулканическим юрским ландшафтам Забайкалья и резко отличалась от окружающей территории. Здесь могла формироваться флора и фауна, приспособленная к очень кислым водам и высокому содержанию А1 ("квасцовая флора").

Степи и саванны в миоцене на территории Казахстана и Средней Азии — это "геохимические антиподы" лесисто-болотистых низменностей: биомасса в них была много ниже, растительные остатки быстро разлагались, во многих ландшафтах преобладала окислительная среда, в речных долинах и озерах отлагались красноцветы, воды практически не содержали РОВ. Аридные миоценовые ландшафты описаны в гл. 17.

Четвертичный период

Огромное влияние на эволюцию ландшафтов в этом периоде оказали оледенения. Некоторые исследователи объясняют их происхождение уменьшением количества СО2 в атмосфере, содержание которого в пузырьках воздуха из древних льдов понижено до 0,02%. В эпоху максимального оледенения, начавшуюся около 200 тыс. лет назад, мощные ледниковые покровы распространялись на юг почти до широты Днепропетровска и Волгограда. На Кавказе, Алтае, в Саянах и других горных системах также было мощное оледенение. Широко распространились полярные пустыни, своеобразные тундростепи, холодные приледниковые (перигляциальные) степи с многолетней мерзлотой, в которых шло накопление лессов и лессовидных отложений. Тайга оттеснилась на юг Забайкалья, в Приамурье и Приморье. Лесные ландшафты были и на Кавказе. В межледниковые эпохи климат становился теплее и влажнее, субтропический и умеренный пояса сдвигались на север. При новом оледенении они опять смещались в низкие широты. С чередованием ледниковых и межледниковых эпох связано неоднократное наступление тундры на тайгу, опустынивание степей и остепнение пустынь. Почвы, континентальные отложения, флора и фауна современных ландшафтов содержат геохимические реликты этих эпох.

Уровень Мирового океана в ледниковые эпохи был ниже современного на 100 м, а в начале потепления в результате таяния льдов уровень грунтовых вод повышался, развивались гидроморфные условия. По В.А. Ковде, такие условия господствовали на Восточно-Европейской равнине, на Западно-Сибирской низменности, Центральных равнинах США и Канады, Венгерской и Туранской низменностях и других великих равнинах. В Западной Сибири они преобладают и в настоящее время. На равнинах формировались болотные, солончаковые и прочие супераквальные (гидроморфные) почвы и ландшафты. В дальнейшем с понижением уровня грунтовых вод значительная часть этих почв и ландшафтов стала развиваться по элювиальному (автоморфному) типу. Автоморфизму гидроморфных почв и ландшафтов в послеледниковое время способствовали как климатические изменения, так и неотектонические поднятия.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте основные геохимические особенности ландшафтов архея и протерозоя.

2. Почему гипотетичен абиогенный этап?

3. Чем геохимия ландшафтов нижнего рифея отличалась от позднейших рифейских ландшафтов?

4. Какова геохимическая особенность границы венда и кембрия? Как А.П. Виноградов объяснял мягкотелость докембрийской фауны и появление у нее скелета в кембрии?

5. В чем состояло геохимическое своеобразие девонских красноцветных пустынь?

6. Что представляли собой палеофитные лесные ландшафты карбона, чем они отличались от современных влажных тропиков?

7. Приведите доказательства существования ландшафтов содового класса в

верхней перми.

8. Что показало изучение ископаемых пермских почв?

9. Чем отличалась геохимия юрских лесных ландшафтов Подмосковья и Забайкалья? Где распространены их современные аналоги?

10. В чем состояло своеобразие геохимии ландшафтов темных лесов мезофита?

11. Охарактеризуйте на примере района хр. Каратау геохимию верхнемеловых саванн.

12. Как климат и тектоника влияли на формирование миоценовых ландшафтов?

13. Какие новые типы ландшафтов возникли в четвертичном периоде?