ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИЯ

Ископаемые угли и горючие сланцы. Тип угленакопления в ходе геологической истории

Растительный углерод в литосфере накапливается преимущественно в рассеянном состоянии в различных терригенных, карбонатных и кремнистых осадках. В месторождениях горючих ископаемых, по оценкам специалистов, заключена лишь тысячная его часть Юграхов, 1963]. Среди концентрированных накоплений растительного углерода известны два типа разных по фациальным и климатическим условиям образований: угли и горючие сланцы.

Горючие сланцы — это мелководные морские или озерные отложения, преимущественно известково-глинистые, содержащие остатки нормальной морской или пресноводной фауны. Накопление их происходило в тихих заливах эпиконтинентальных морей и озер различных геологических эпох, начиная с протерозоя. Генераторами органического материала явились простейшие растения планктона, покрывавшие дно водоросли и некоторые высшие растения. Климат места и времени накопления горючих сланцев был аридным, так как только при сильном солнечном освещении могло происходить цветение организмов планктона, мог существовать и развиваться фитобентос и только при отсутствии континентального стока воды прибрежного мелководья оставались незамутненными и не препятствовали фотосинтезу растений морского дна. Все наиболее значительные накопления горючих сланцев (кембрий Сибирской платформы, доманик Приуралья, цехшгейн Западной Европы, пермь Преду- ральского прогиба, поздняя юра Московской синеклизы и Приуралья, апт Московской синеклизы, Забайкалья и Монголии) попадают в контур областей распространения умеренно аридных формаций осадочных пород и умеренно ксерофилизованных типов растительности.

Ископаемые угли являются континентальными осадками, формировавшимися при гумидном климате. Характер и масштаб процессов углеобразова- ния определяются сочетанием ряда факторов, среди которых главнейшими яв-. ляются климат, палеогеографическая обстановка, тектонический режим и тип углеобразующей растительности. Климату принадлежит первая роль, поскольку основные географические и геохронологические закономерности угленакопле- ния — пояса и эпохи угленакопления — устанавливаются именно климатом. Влияние палеогеографических обстановок и тектонического режима имеет менее общий характер, определяя узлы и ритмы угленакопления, а также формаци- онный тип угленосных отложений. Таким образом, угленакопление — это, прежде всего, явление климатическое. От климата полностью зависят характер н степень развития растительного покрова, поставляющего углеобразующий материал; фациальные условия углеобразования и степень фоссилизации растительных остатков.

Согласно А. П. Шенникову 11964], в тропическом климате быстрое нарастание больших объемов биомассы сопровождается быстрым и полным разложением мертвых растительных остатков. В умеренном климате растительный опад разлагается медленно, поэтому накопление отмершего вещества происходит быстрее разложения, большая его часть консервируется в форме торфа и выходит из биологического круговорота. Медленность разложения способствует массовой гумификации растительных остатков.

Климат отражается и на петрографическом составе углей через колебания обводнения болот, в которых накапливался углеобразующий материал. Угли класса гелитолитов, характеризующиеся высокой степенью остуденения растительных тканей и их предельной разложенностью, образовались в условиях постоянно обводненных болот в периоды влажного климата. Угли класса фю- зенолитов, содержащие много структурных тканей, обугливание которых происходило при свободном доступе атмосферного кислорода, формировались в периодически подсыхающих болотах в условиях переменного влажного климата. Таким образом, петрографический состав ископаемых углей может привлекаться для оценки условий увлажнения во время и в месте накопления данной угленосной толщи.

Тип угленакопления в ходе геологической истории претерпел эволюцию. В больших (промышленных) масштабах угленакопление возникло в среднем девоне, когда начался массовый выход растительности на сушу. Это первое угле- образование происходило в пограничной зоне суши и мелкого моря, поэтому угленосные отложения среднего девона сложены преимущественно морскими осадками, часто содержащими в непосредственном соседстве с пластами угля остатки морской фауны. Углеобразователями в это время служили травянистого типа псилофиты, среди которых много было растений-амфибий, создававших луга, часть времени находившиеся в затопленном состоянии. Органическое вещество среднедевонских углей на три четверти состоит из кутикулы, одевавшей стебли псилофитов.

Угли среднего девона отличаются высокой зольностью. Фациальный тип угленосных осадков и экологический тип исходных растений ставят их в ряд образований, промежуточных между собственно углями и горючими сланцами. Накопление углей этого возраста протекало при еще существенно аридном климате, который обеспечивал необходимую для подводного фотосинтеза' дозу солнечного освещения. Все наиболее крупные местонахождения средне- девонских углей Евразии (центральноказахстанские, кузнецкие, минусинские, тиманские) ложатся в контур аридной области и тесно ассоциируют с крас- ноцветами.

Позднедевонское и в особенности раннекарбоновое угленакопление было связано с заболоченными приморскими низменностями. Угленосные толщи этого возраста представляют собой переслаивание прибрежных континентальных и морских отложений. Углеобразователями в них выступают лепидофиты, каламиты и древовидные папоротники, создававшие первые в истории Земли влажные леса. Материалом для углей в основном послужила кора, развитая у этих растений очень сильно. Анатомические особенности растений позднего девона и раннего карбона (крупные размеры тканевых клеток, сильное развитие коры и слабое развитие древесины, каулифлория, обильная волосистость и др.) и общий систематический состав растений (лепидофиты, каламиты, древовидные папоротники), а также литогенетический тип угленосных отложений (оли- гомиктовые пески, каолиновые глины, мощное проявление аутогенного минера- лообразования), частые переходы угленосных отложений по простиранию в морские карбонатные толщи с остатками кораллов и брахиопод определенно указывают на то, что угленакопление в это время совершалось в условиях тропического климата.

Частые парагенетическне связи угленосных отложений позднего девона — раннего карбона с пестроцветными бокситоносными отложениями (Московская синеклиза; Южный Китай) и с высококарбонатными толщами позволяют думать, что климат областей угленакопления этого времени еще не был свободен от аридных влияний (отдаленных). В общем этот климат был гумидным, но переменно влажным. Может быть, кратковременные ослабления увлажнения и были причиной ограниченного развития бактериальных процессов разложения растительного опада и его более эффективной фоссилизации и угле-' образования по сравнению с областями влажного тропического климата, в котором растительные остатки почти полностью разлагаются и минерализуются. Преобладающим петрографическим типом углей раннего карбона являются матовые споровые дюрены.

Во второй половине карбона угленакопление интенсифицируется, при этом изменяется его палеогеографический и климатический тип. Теперь процессы угленакопления не ограничиваются болотистыми приморскими низменностями; продвигаясь в глубь континентов, они распространяются на обширные аллювиальные низменности, удаленные от моря. Таким образом, наряду с еще сохраняющимся паралическим типом появляется лимнический тип накопления. В связи с произошедшей в это время термической дифференциацией климата возникает бореальное угленакопление, с кордаитами и особыми (тунгусского типа) лепидофитами в качестве важнейших углеобразователей. В это время широкое распространение получили малозольные кляреновые угли.

В ранней перми интенсивность процессов еще нарастает. Угленакопление все больше и больше перемещается в бореальную область и освобождается от влияний аридного климата. Разнообразятся палеогеографические обстановки угленакопления. В частности, распространяются угли класса фюзено- литов, формировавшиеся в болотах неустойчивого гидрологического режима.

На конец перми — ранний и средний триас приходится почти полное угасание углеобразования. Новая волна интенсивного угленакопления начинается лишь в позднем триасе и достигает максимума в ранней — средней юре. Это уже был исключительно лимнический тип, приуроченный к различным внутри- континентальным бассейнам. Среди юрских растений — углеобразователей главная роль принадлежала мезофильным хвойным (подозамиты) и гинкго- вым, обладавшим тонкой корой и мощной древесиной. Мезозойское угленакопление почти полностью выходит за пределы тропиков и локализуется в зоне бореального океанического климата. С этого времени углеобразующая растительность больше нуждалась в климате с малыми сезонными колебаниями осадков и температуры, чем в климате с высокими температурами. Возникает парагенезис угленосных отложений с мезомиктовой и полимиктовой терриген- ными формациями, которым свойственно слабое разложение не только минерального вещества, но и растительных остатков (соответственно повышенная их фос- силизация). В зоне же распространенияолигомиктовой формации (тропический и почти тропический климаты) отмечаются лишь единичные углепроявления. Среди углей ранней и средней юры преобладают гелитолиты.

В поздней юре — раннем мелу еще отчетливее обозначается связь угленакопления с лесной зоной бореального климата. Возросшая в это время конти- нентализация климата способствовала ослаблению минерализации органических остатков и соответственно возрастанию объемов захоранивающейся органики. Угли этого времени отличаются большим разнообразием петрографических типов. Наряду с гелитолитами, формировавшимися в обстановках постоянно обводненных болот, в которых достигается полное остуденение растительных тканей, получили распространение фюзенолиты, накапливавшиеся в периодически подсыхающих болотах, в которых растительные остатки частично подвергались окислению (обугливанию). Эти два петрографических типа углей являются хорошими показателями климатов прошлого. Гелитолиты отражают условия равномерно влажного климата, фюзенолиты фиксируют условия переменно влажного климата, проявляющегося в зоне, пограничной с аридной областью.

В позднем мелу и палеогене климатический тип угленакопления существенных изменений относительно юрско-раннемелового не претерпел, хотя в составе углеобразующей растительности произошли огромные перемены в связи со сменой голосеменной флоры покрытосеменной.

В неогене происходит значительное ослабление угленакопления в бореаль- ной зоне в связи с усилением орогенического процесса и дальнейшей конти- нентализацией климата. Одновременно возникает мощное углеобразование в муссонной области тропиков (позднемиоценовые и плиоценовые угли Юго- Восточной Азии).

В общем климатический тип угленакопления, как палеогеографический, так и геоботанический, в ходе геологической истории претерпел значительную эволюцию. В начальной стадии (Dj) процесс был связан с прибрежно-морскими обстановками тропического аридного климата. Затем (Ds — Cj) он проявлялся в условиях приморских низменностей областей гумидного переменно влажного климата; еще позже (С_з — Р) угленакопление становится континентальным, связанным преимущественно с областями бореального климата. В среднем и позднем мезозое, а также в палеогене угленакопление еще более локализуется в бореальной лесной зоне с равномерно влажным климатом. В неогене углеобразование в этой зоне угасает и получает распространение муссонный тип, проявляющийся на островных архипелагах около восточных берегов континентов как в бореальном, так и в тропическом поясах. Поэтому палеоклимати- ческое толкование конкретных угленосных отложений должно обязательно учитывать эволюцию процессов угленакопления и исходить из возрастных особенностей этих процессов.