Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Российской академии наук

Черные сланцы пограничного интервала юры и мела, накапливавшиеся практически во всех эпиконтинентальных морских бассейнах умеренных и высоких широт предложено рассматривать в рамках крупного Шельфового Дизоксидно-Аноксидного События (SDAE)

«Чёрные сланцы» - обогащённые органическим веществом, обычно тонкослоистые осадочные глинистые породы морского происхождения, как правило, образовавшиеся в обстановках с дефицитом кислорода в придонных водах и в верхнем слое осадков, широко распространены в фанерозое. Интервалы, к которым приурочены эти высокоуглеродистые отложения, привлекают большое внимание исследователей, что связано как с экономическими причинами (эти отложения часто являются нефтематеринскими, и при этом могут образовывать покрышки нефтяных и газовых месторождений, так и с тем что многие эпизоды обширного развития чёрных сланцев связаны с резкими палеоклиматическими изменениями и биотическими перестройками. В мезозое наиболее известны уровни распространения чёрных сланцев, связанные с так называемыми океаническими аноксидными событиями (ОАЕ). Но, как было установлено сотрудниками ГИН РАН, исключительно широко распространенные в верхней юре и на рубеже юры и мела чёрные сланцы имеют иную природу.

Чёрные сланцы, связанные с океаническими аноксидными событиями (ОАЕ), обладают рядом общих признаков:
1) как правило, они накапливались в глубоководных океанических, реже в мелководных, шельфовых обстановках и были широко распространены по всему миру;
2) с черносланцевыми эпизодами обычно ассоциируются существенные колебания изотопного состава углерода, а также резкие изменения климата (обычно резкое потепление в начале события), а также уровня моря (обширные трансгрессии);
3) длительность океанических аноксидных событий в масштабах геологического времени невелика и составляет десятки – сотни тысяч лет; соответственно, и мощность чёрных сланцев обычно мала, от дециметров до метров;
4) начало и окончание накопления чёрных сланцев во время таких событий, как правило, синхронны в разных бассейнах, и с появлением чёрных сланцев часто связаны наиболее значимые изотопные экскурсы.

Черносланцевые отложения пограничного интервала юры и мела широко известны и привлекают пристальное внимание специалистов по всему миру. Достаточно сказать, что приуроченные к этому временному диапазону баженовская свита Западной Сибири, свита Кимериджских глин Англии и свита Вака Муэрта Неукенского бассейна являются наиболее интенсивно изучаемыми стратиграфическими интервалами мезозоя в России, Великобритании и Аргентине, соответственно. В отложениях того же возраста чёрные сланцы известны также на шельфах Северного, Норвежского и Баренцева морей, в Восточной и Северной Гренландии, на Шпицбергене и Земле Франца-Иосифа, в европейской части России и Центральной Польше, в Арктической Канаде и на Аляске, на Тибете и в Антарктиде.

Эти черносланцевые отложения заметно отличаются от черных сланцев, связанных с ОАЕ и характеризуются специфическими особенностями:
1) они приурочены главным образом к шельфовым отложениям высоких и средних широт Северного и Южного полушария и практически отсутствуют в низких широтах, нет их и в глубоководных отложениях;
2) и начало, и окончание накопления чёрных сланцев внутри этого временного интервала диахронны в различных палеобассейнах, а иногда и в пределах одного бассейна осадконакопления;
3) накопление обогащённых морским органическим веществом тонкослоистых осадков происходило в течение миллионов лет (до примерно 20 млн. лет на шельфе Баренцева моря);
4) в рассматриваемом интервале не установлены сколько-нибудь широко прослеживаемые изотопные экскурсы, нет и признаков резких колебаний климата;
5) несмотря на то, что столь длительные условия с дефицитом кислорода в придонных водах влияли на бентосных организмов, в этом временном интервале в регионах развития чёрных сланцев не отмечается существенных биотических перестроек или ярко выраженных явлений вымирания тех или иных организмов

Ранее некоторые исследователи предлагали выделять «позднеюрское аноксидное океаническое событие» или «оксфорд-кимериджское океаническое аноксидное событие», однако специфические черты и существенные отличия обстановок накопления черносланцевых отложений в пределах рассматриваемого интервала позволяют установить здесь принципиально новый тип событий, связанных с дефицитом кислорода в придонных водах – а именно, позднеюрско – раннемеловое «шельфовое дизоксидно-аноксидное событие».

Были детально рассмотрены особенности строения разрезов в разных районах развития данного события. Оказалось, что в пограничном интервале юры и мела можно выделить два существенно различающихся типа черносланцевых отложений. Один из них, приуроченный к сравнительно низкоширотным районам запада Евразии (главным образом от Англии до европейской части России, восточнее это тип отмечается только на Приполярном Урале) был отнесен к «суббореальному» типу черных сланцев. Для него характерно переслаивание тонкослоистых чёрных сланцев, в которых нередко отмечаются исключительно высокие концентрации органического вещества (обычно 20-30, до 40 %), с глинами, алевритами и песками, в которых органического вещества практически нет. Соответственно, накопление таких черносланцевых прослоев происходило в обстановках периодического изменения содержания кислорода в придонном слое воды от сильного дефицита до нормальной концентрации. Это хорошо видно по тем окаменелостям, которые встречаются в черносланцевых прослоях и между ними – хотя нектонные и планктонные организмы представлены и там, и там одними и теми же видами, бентос в черносланцевых прослоях и вне их различается существенно.

Черные сланцы «суббореального» типа широко распространены в верхней юре и базальной части мела европейской части России, наиболее известные и детально изученные их выходы известны в Среднем Поволжье, где они обнажаются в береговых обрывах р. Волги и её притоков. Иногда черносланцевые прослои протягиваются вдоль берега на десятки километров (рис. 1).


Рис. 1. Чёрные сланцы суббореального типа в Среднем Поволжье. А – разрез Городищи (Ульяновская обл.), в средней части разреза видно частое переслаивание почти чёрных (сланцы) и более светлых (глины) слоёв средневолжского возраста (фото М.А. Рогова); В – разрез Кашпир (Самарская обл.), одно из немногих местонахождений, для которых характерно присутствие черносланцевого прослоя вблизи основания рязанского яруса нижнего мела (фото С.В. Малёнкиной).

Второй тип чёрных сланцев – «бореальный» – развит преимущественно в более высоких широтах. Он характеризуется преобладанием монотонных слоёв и пачек черносланцевых отложений (обычно мощностью в десятки, иногда сотни метров). В таких отложениях могут присутствовать единичные прослои алевролитов, или песчаников или карбонатных конкреций, но обычно они составляют весьма незначительную часть отложений (рис. 2). Для бореальных чёрных сланцев характерны менее значительные колебания количества захороняющегося в осадке органического вещества во времени, но при этом максимальные величины его содержания обычно несколько меньше, чем характерные для суббореальных чёрных сланцев (обычно до 10%, реже до 20%).


Рис. 2. Чёрные сланцы «бореального» типа. А – кимериджские чёрные сланцы г. Миклегардфьеллет (Шпицберген; фото Д.С. Зыкова); В – граница юры и мела на берегу моря Лаптевых, на п-ве Нордвик (фото М. Мазуха).

Биота бореальных чёрных сланцев достаточно однообразна – обычно в них встречаются остатки головоногих моллюсков, двустворчатые моллюски Buchia и Inoceramus (иногда – и устрицы, прикреплявшиеся к плавающим аммонитам), а также устойчивые к дефициту кислорода брахиоподы Lingula. Условия дефицита кислорода благоприятны для сохранения остатков морских позвоночных, и в бореальных чёрных сланцах известны местонахождения скелетов морских рептилий (например, на Шпицбергене и Земле Франца-Иосифа); впрочем, многочисленные и разнообразные позвоночные встречаются также и в суббореальных чёрных сланцах.

В каждом отдельном регионе уровни появления и исчезновением чёрных сланцев, приуроченных к «шельфовому дизоксидно-аноксидному событию» различаются Тем не менее, в пределах интервала на границе юры и мела, соответствующего средне- и верхневолжскому подъярусам, подобные отложения были распространены практически повсеместно (рис. 3).


Рис. 3. Особенности распространения высокоуглеродистых черносланцевых отложений в разных регионах Евразии на рубеже юры и мела. Светло- и тёмно-розовой заливкой показаны интервалы с относительно более и менее высокой концентрацией органического углерода в отложениях. Цифрами обозначены следующие регионы и субрегионы: 1 – Северное море, южная часть; 2 - Северное море, Центральный грабен; 3 - Северное море, Норвежско-Гренландский пролив; 4 - Северное море, грабен Викинг; 5 – Норвежское море; 6 – Восточная Гренландия; 7 – Шпицберген; 8 – шельф Баренцева моря; 9 – Западная Сибирь; 10 – север Восточной Сибири; 11 – Англия, Шотландия; 12 – Северная Франция (Нормандия, Булонь); 13 – Центральная Польша; 14 – европейская часть России; 15 – Приполярный Урал.

Несмотря на интенсивное изучение мезозойских (меловых и раннеюрских) океанических аноксидных событий в течение последних двух-трех десятилетий, причины каждого из них до сих пор вызывают дискуссии, однако принципиальный сценарий подобных событий, как правило, сомнений не вызывает. В качестве спускового механизма рассматриваются резкие потепления климата, вызванные быстрым ростом содержания углекислого газа в атмосфере вследствие интенсивных проявлений вулканической деятельности или диссоциации метановых гидратов. Это приводит к перестройке гидрологических циклов (включая ослабление перемешивания придонных и приповерхностных вод в океане), активизации выветривания на континентах, усиленному поступлению нутриентов в океан, и росту биопродуктивности. В дальнейшем, в течение нескольких десятков или сотен тысяч лет, нормальные условия восстанавливались и приближались к тем, которые существовали до начала океанических аноксидных событий.

Но какими же были причины шельфового дизоксидно-аноксидного события? Известно, что на позднюю юру приходится отчетливо выраженное потепление, однако его масштабы были не настолько значительны, чтобы вызвать подобное субглобальное событие. Других более или менее ярко выраженных абиотических событий в конце юры – начале мела тоже, на первый взгляд, нет. Распад Пангеи начался задолго до этого времени, и если судить по соотношению изотопов стронция в раковинах моллюсков, то связанный с этим процессом пик гидротермальной активности пришёлся на конец средней юры – самое начало поздней юры. В конце юры – начале мела фиксируется несколько крупных импактных событий, но их связь с какими-либо биотическими перестройками спорна, и тем более сомнительно их влияние на накопление черносланцевых отложений. По-видимому, причины крупного шельфового дизоксидно-аноксидного события следует искать в изменениях морской биоты (в первую очередь в расширении ареалов обитания и всплеск биопродуктивности первичных продуцентов ОВ за счет прохладных и относительно более «мутных» обширных эпиконтинентальных морей умеренных и высоких широт), причём именно высокоширотной морской биоты, поскольку практически все чёрные сланцы приурочены к средним и высоким палеоширотам (рис. 4).


Рис. 4. Распространение черносланцевых толщ в конце юры (волжский век, около 140-147 млн.л.назад). Светло-серой заливкой показаны чёрные сланцы суббореального типа, тёмно-серой – бореального типа, чёрной заливкой – районы распространения чёрных сланцев в низких широтах. Цифрами обозначены: 1 – Аляска, 2 – Арктическая Канада, 3 – Шпицберген, шельфы Баренцева, Норвежского и Северного моря, Восточная и северная Гренландия; 4 – северо-западная Европа; 5 – Центральная Польша; 6 – европейская часть России; 7 – Западная Сибирь и прилегающие районы шельфа Карского моря; 8 – север Восточной Сибири; 9 – Техас; 10 – Мексика; 11 – северный Ирак; 12 – Неукенский бассейн; 13 – Тибет; 14 – Фолклендское плато; 15 – Земля Грэхема.

В этой связи пристальное внимание следует обратить на те группы организмов, которые являются основными первичными продуцентами биомассы в океане. Сейчас большую часть первичной продукции в океане производят микроскопические золотистые водоросли (известковый наннопланктон). Эта группа появилась в позднем триасе, в ранней юре достигла средних широт, но только в поздней юре появилась в высоких (севернее 50 с.ш.) широтах Северного полушария. И действительно, как в самих верхнеюрских чёрных сланцах, так и в переслаивающихся с ними глинах и мергелях остатки известкового наннопланктона встречаются весьма часто, образуя практически нацело состоящие из обломков раковинок этих водорослей прослои и в разрезах Англии, и в Западной Сибири. Другой группой микропланктона, часто встречающейся в чёрных сланцах, являются радиолярии. Они появились в геологической летописи ещё в кембрии и уже в девоне играли немалую роль в накоплении чёрных сланцев, и в верхнеюрских – нижнемеловых чёрных сланцах радиолярии были исключительно многочисленны. Таким образом, можно предположить, что широкое распространение чёрных сланцев в конце юры – начале мела могло быть связано с долговременной дестабилизацией планктонных сообществ и ростом биопродуктивности, вызванными появлением новой для высоких широт группы микропланктона – известкового наннопланктона, и быстрым освоением этой группой обширных эпиконтинентальных морей умеренных и высоких широт, прохладных и относительно более «мутных» по сравнению с приэкваториальными морями, располагавшимися в зонах аридного и семиаридного климата.

Результаты изучения чёрных сланцев опубликованы в статье: Rogov M.A., Shchepetova E.V., Zakharov V.A. (2020) Late Jurassic – earliest Cretaceous prolonged shelf dysoxic–anoxic event and its possible causes // Geological Magazine. DOI 10.1017/S001675682000076X (ссылка на researchgate https://www.researchgate.net/publication/343350299_Late_Jurassic_-earliest_Cretaceous_prolonged_shelf_dysoxic-anoxic_event_and_its_possible_causes )

Все новости >>>

119017, Москва, Пыжевский пер., 7, тел.: +7 (495) 953-18-19, факс: +7 (495) 951-04-43