Глобальные катастрофические события и их роль при стратиграфических
корреляциях осадочных бассейнов разного типа

2.3.1. Мангышлак (Западный Казахстан)

Валовой состав изученных образцов определялся рентгено-флуоресцентным методом; содержания Cr, Co, Sc, Hf, Th и РЗЭ определены методом инструментального нейтронноактивационного анализа; Ba, V, Ni, Cu, Sr - количественным спектральным анализом; Ir - радиохимическим нейтронноактивационным анализом. Определение содержания ударно-метаморфизованного кварца, несущего системы планарных элементов ударного происхождения, проводилось в прозрачных шлифах алевритовой (120 мкм) нерастворимой фракции изученных образцов под оптически микроскопом.

Рис. 2.9. d18O, d13C и Ir на границе маастрихт/даний в разрезе Кошак.

Геохимические данные. В разрезе Кошак максимальные концентрации Ir (2,0 нг/г) обнаружены в базальной части прослоя "пограничных глин" и стратиграфическое распределение этого элемента отвечает каноническому профилю, типичному для других морских разрезов [Назаров и др., 1988] (рис. 2.9). Близкое значение (3,7 нг/г) получено индийскими исследователями [Sarker et al., 1993]. При этом такое каноническое распределение наблюдается не только для абсолютных концентраций Ir, но также и для отношения Ir/La, которое описывает распределение Ir в терригенной фракции изученных осадков. Фоновые концентрации Ir (0,1-0,2 нг/г) в разрезе Кошак примерно на порядок выше среднекоровых и близки к таковым в глубоководных илах. Однако в фоновом глинистом материале Ir нами вообще не обнаружен. Поверхностная концентрация Ir составляет 5,4 нг/см², что ниже чем в соседнем разрезе Кызылсай [Назаров и др., 1983]. Это указывает на латеральные неоднородности фиксации космической компоненты на данной границе.

Рис.2.10.Профиль Co/La отношения в пограничном интервале мела и палеогена

Элементы-гидролизаторы (РЗЭ., Sc, Cr, V, Hf, Th, Fe) и элементы с более выраженной халькофильной тенденцией (Cu, Ni) показывают максимальные концентрации в кровле пограничного слоя или образуют два пика в базальной части прослоя "пограничных глин" (вместе с Ir) и в ее кровле. Наконец, элементы высокой подвижности (Mn, Co), имеют максимальные концентрации в самой базальной части датского известняка, т.е. непосредственно выше "глин" (рис.2.10). При этом содержания Co исключительно высоки (62 мкг/г, т.е. в 10 раз выше среднекоровых) и его поверхностная концентрация составляет 170 мкг/см². Указанные тенденции характерны не только для валовых концентраций элементов, но и для их содержаний в терригенной части (т.е. по отношению к La). Соотношения литофильных элементов по всему разрезу достаточной близки к среднекоровым. Спектры РЗЭ также существенно не меняются. Для них типично некоторое обеднение легкими РЗЭ по отношению к тяжелым при слабом дефиците Ce (рис.2.11). Однако в базальной части "пограничных глин" дефицит Ce выражен очень резко.

Рис.2.11. Интенсивность Ce аномалии Ce*=(Сe - 2.13La) на границе мела и палеогена в разрезе Кошак

В валовом составе пород существенных аномалий не наблюдается. Естественно, пограничная "глина" имеет пониженную карбонатность и отвечает по составу глинистому известняку. При этом терригенная компонента в пограничном слое по соотношению главных элементов такая же как и в глинистом прослое в 1 м выше границы. Характерно однако, что терригенный материал в этом глинистом слое содержит заметно меньше кварца и больше глинистых минералов (иллита) по сравнению с терригенным материалом, находящемся в карбонатных породах ниже и выше границы. На такое изменение состава глинистого материала указывает стратиграфическое распределение отношения SiО₂/Al₂O₃. Содержания Na в изученных образцах сильно варьируют и могут быть очень высокими. Однако распределение и концентрации этого элемента не являются первичными, а отражают его миграцию метеорными водами в аридной обстановке.

Распределение ударно-метаморфизованного кварца имеет сложный характер. Его концентрация (по отношению к общему числу кварцевых зерен) несколько ниже в "пограничных глинах", чем в непосредственно выше и нижележащих карбонатных породах. Максимальный размер зерен ударно-метаморфизованного кварца 80 мкм. Обычно эти зерна содержат одну или две системы планарных элементов. Некоторые из них имеют волнистое погасание и пониженный показатель преломления. В фоновом образце глинистого материала и в маастрихтском мелу ударно-метаморфизованный кварц не обнаружен. Поверхностная концентрация зерен ударно-метаморфизованного кварца размером 40-80 мкм составляет около 3 мкг/см². Интересно отметить, что карбонатные породы не столь существенно отличаются от "пограничных глин" по содержанию алевритовой фракции , как это можно было бы ожидать.

Обсуждение результатов. Высокие концентрации Ir и присутствие ударно-метаморфизованного кварца являются отличительной чертой непрерывных разрезов пограничных отложений мела и палеогена.

Разрез Кошак несомненно является полным разрезом, в котором зафиксирована последовательность загадочных событий на рубеже мела и палеогена. Содержания Ir в этом разрезе невысоки, хотя и являются аномальными по отношению к среднекоровым. Они много ниже, чем в мел-палеогеновых отложениях, образовавшихся в неглубоких морских бассейнах (разрезы Сумбар, Стевнс Клинт), но сопоставимы с концентрациями Ir в мел-палеогеновых отложениях Ютландии [Назаров и др., 1983]. Концентрация ударно-метаморфизованного кварца в разрезе Кошак также ниже, чем в Сумбарском разрезе [Badjukov et al., 1986]. По-видимому, в обстановке спокойной седиментации, в условиях относительно глубокого открытого моря при низкой скорости осадконакопления, возможна фиксация только атмосферной компоненты кратерных выбросов и материала ударника.

Разрез Кошак несомненно отражает относительно глубоководную обстановку. Небольшая Ce аномалия указывает на существование открытого морского бассейна как до, так и после мел-палеогенового события при постепенном его углублении, тогда как высокие фоновые концентрации Ir свидетельствуют о низких скоростях седиментации (мм в тыс. лет). Судя по низкому La/Yb отношению, терригенный компонент скорее всего представлен туфовым материалом основного состава. Ударное событие на короткое время изменило режим седиментации, что литологически выражается в образовании глинистого прослоя. Хотя ударно-метаморфизованный кварц и наблюдается в последнем сантиметре писчего мела маастрихта, его присутствие в этом образце, по-видимому, связано с внедрением в него "пограничных глин", т.е. можно предполагать, что начало седиментации кратерных выбросов полностью совпадает во времени с началом седиментации глинистого материала и подавлением карбонатообразования. Однако само по себе вещество пограничного слоя не является только продуктом ударного события, поскольку глинистый материал аналогичного валового состава наблюдается и выше по разрезу вне видимой связи с мел-палеогеновым событием. Более того, пониженные концентрации ударно-метаморфизованного кварца в пограничной глине требуют увеличения привноса кварца, не связанного с кратерными выбросами. Таким образом, хотя ударное событие, по-видимому, инициировало замедление карбонатной седиментации, это замедление само по себе не является уникальным.

С другой стороны, в разрезе Кошак запечатлены необычные изменения в режиме седиментации, которые скорее всего являются результатом ударного события (также как и осаждение космического вещества и материала кратерных выбросов), но на которые ранее не обращалось внимания, поскольку они недостаточно отчетливо зафиксированы в других разрезах. Во-первых, граница в разрезе Кошак маркируется исключительно резкой Ce аномалией, очевидно cвязанной с кратковременным притоком бедной Ce океанической воды, что может быть вызвано турбуленцией в океане сразу же после ударного события. Во-вторых, примечательной особенностью разреза Кошак является необычайно резкая Co аномалия, которая находится выше аномалий Ir и элементов-гидролизаторов и коррелянтна аномалии Mn. Co и Mn обладают сходными геохимическими свойствами и по сравнению с Fe интенсивно осаждаются при более высоких значениях Eh и pH. Поскольку значения pH примерно буферируются осаждением карбоната, то интенсивное осаждение Co и Mn может быть связано только с увеличением степени окисления. Распределение Mn и Co коррелянтно по всему разрезу, но только в узком интервале непосредственно выше границы их концентрации достигают аномальных значений, что свидетельствует о временной связи ударного и окислительного событий. Эта связь подтверждается высоким отношением Co/Mn в данной аномалии, которое много выше среднекорового, что предполагает привнос Co космического происхождения. Однако, с другой стороны, отношение поверхностных концентраций Co к Ir намного выше космического, а значение поверхностной концентрации больше возможной плотности выпадения космического для рубежа мела и палеогена [Назаров и др., 1988], что указывает и на присутствие земного Co в данной аномалии. Таким образом, можно заключить, что окислительное событие, наблюдаемое в разрезе Кошак является прямым результатом столкновения с Землей космического тела. Разделение элементов при седиментации в последовательности (снизу вверх) Ir - (Fe, Sc, V, Cr) - (Co, Mn) свидетельствует о прогрессивной и постепенной смене обстановки с восстановительной на резко окислительную. Эволюция очень ярко выражена в разрез Кошак, но она запечатлена и в других разрезах. Например, в разрезе Сумбара зафиксировано возрастание содержаний Co в известняках, перекрывающих пограничную глину [Алексеев и др., 1988]. Аналогичное поведение Co отмечено и в мел-палеогеновом разрезе поднятия Шатского [Michel et al., 1985]. В разрезе Тетричкаро (Грузия) отмечается очень высокое по сравнению с космическим отношение Co/Ir. Следовательно, наблюдаемое изменение окислительно-восстановительной обстановки имело, если и не глобальный, то, по крайней мере, региональный характер. Причиной для развития окислительной обстановки могли быть кислотные дожди [Zahnle, 1990] или фотохимическое окисление при воздействии жесткой радиации [Anbar and Holland, 1992], интенсивность которой должна была резко возрасти в связи с разрушением озонового экрана после ударного события. Несомненно оба эти фактора могли иметь серьезные биотические последствия и могли бы послужить причиной мезозойского биотического кризиса.