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

Глава 5. Возможные различные причины глобальных катастрофических событий

Описанные в предыдущих разделах массовые вымирания на рубежах франского и фаменского (F/F), сеноманского и туронского (C/T), маастрихтского и датского (M/Д) ярусов сопровождались целой серией геологических событий, многие из которых имели катастрофический характер и нередко глобальные масштабы. Однако, в трактовке причин описанных явлений остается много нерешенных вопросов, сталкиваются часто противоречивые точки зрения.

В экологической модели событий рубежа (M/Д), разрабатываемой Д.П. Найдиным (см. главу 2.1.) особенно детально рассмотрены взаимодействия геологических и биологических факторов, вызвавших грандиозную глобальную экологическую катастрофу. При этом отчетливо показано, что особенности данного рубежа не формировались под воздействием какого-либо одного направленного процесса, а представляют собой суммарный эффект действия и взаимодействия многих факторов. Констатируется, что нестабильность палеогеографии рубежа M/Д - наиболее характерная его черта. Сама по себе нестабильность пагубно сказывалась на биоте.

Однако, при рассмотрении факторов, вступивших во взаимодействие друг с другом в течение геологически очень короткого интервала времени, наряду с палеогеографическими и биологическими факторами указываются вулканизм и тектонические движения океанического дна и не исключается воздействие космических факторов.

При анализе кельвассерского кризиса (рубеж F/F) Э. Шиндлер [1990] показал, что он представлен серией сменяющих друг друга событий, начавшихся за определенный промежуток времени до границы веков и запечатленных в палеонтологической и литологической летописи. Из этого он делает вывод, что импактное событие мало подходит в качестве непосредственной причины кризиса. Им построена детальная схема взаимодействия различных факторов, приведших к глобальным изменениям экосистемы (рис. 5.1.). Причем "спусковым механизмом", включившим действие этой сложной системы, он считает глобальные тектонические движения. Приведенная схема Э. Шиндлера для F/F рубежа во многом перекликается с экологической моделью событий рубежа M/Д, предложенной Д.П. Найдиным.

Рис. 5.1 Возможное взаимовлияние изменений в глобальной экосистеме, связанное с кельвассерским кризисом.

С другой стороны, вышеприведенное описание импактной модели событий рубежа M/Д, сделанное М.А. Назаровым и А.С. Алексеевым, приводит их к убеждению, что только таким образом можно объяснить синхронность геохимической аномалии, присутствие ударно-метаморфизованного кварца, полевого шпата и фрагментов пород, стекол ударного плавления и сажи. Результаты изучения Карской ударной структуры позволили М.А. Назарову с соавторами [1993] заключить, что Карский кратер есть искомый M/Д кратер, или он образован фрагментом M/Д ударника, испытавшего разрушение при столкновении с Землей, либо поток, кратерообразующих тел на рубеже мезозоя и кайнозоя был увеличен. В любом случае авторы считают, что полученные ими результаты подтверждают гипотезу о космической причине великого мезозойского вымирания.

Достаточно полную картину геологических и биологических последствий импактных событий дают McLaren, Goodfellow [1990]. С различной степенью обоснованности и вероятности они связывают массовые вымирания на рубежах мела-палеогена, эоцена-олигоцена, триаса-юры, перми-триаса, девона-карбона, франа-фамена, ордовика-силура, докембрия-кембрия с гигантскими ударными событиями. По приводимым авторами данным внеземные тела диаметром 10 и более километров сталкивались с нашей планетой в течение фанерозоя в среднем один раз в 55 млн. лет. Результаты моделирования такого удара, взятые из данной работы, приведены были выше (см. главу 1). По мнению Макларена и Гудфеллоу существует 2 главных отличительных признака импактного события: глобальная распространенность и краткая продолжительность. Рассматривая последовательность геологических явлений, характеризующих горизонты массового вымирания, они считают, что наиболее логичным объяснением их первопричины следует считать крупные ударные события. Вместе с тем, авторы не исключают возможности рассмотрения крупных вулканических пароксизмов в качестве первопричины цепи событий, приводящих к массовому вымиранию. Однако, в случае мел-палеогенового события они считают невозможным связывать с вулканизмом объяснение всего комплекса возникших тогда явлений.

Описание в соответствующем разделе событий на границе сеноманского и туронского ярусов отчетливо показало одновременность массового вымирания на этом рубеже с формированием глобально прослеживаемого горизонта черных сланцев, связанного с ОАЕ-2. Причины ОАЕ-2 (как и вообще генезиса черных сланцев) остаются во многом дискуссионными. Очень интересную точку зрения на формирование меловых черных сланцев, в том числе связанных с ОАЕ-2 высказал Р. Ларсон [Larson, 1991]. Он полагает, что в середине мелового периода в интервале 120-180 млн. лет на Земле происходили глобальные события, связанные с "суперплюмом", образовавшимся на границе ядра и мантии и достигшим поверхности под среднемеловым бассейном Тихого океана. В этот период наблюдалось беспрецедентное по масштабам наращивание океанической земной коры и полностью отсутствовали инверсии магнитного поля Земли. "Пульс" наращивания океанической коры сопровождался соответствующим увеличением дегазации мантии, наблюдалось глобальное повышение температуры, эвстатическое повышение уровня Мирового океана, формировались черные сланцы, отмечен пик нефтеобразования. Полагают, что парциальное давление CO2 было в 6-8 раз выше, чем в настоящее время. Р. Ларсон считает, что образование черных сланцев в альбе и сеноман-туроне (OAE-1 и OAE-2) связано с выносом на поверхность мантийного углерода, серы, фосфора (возможно азота), послуживших исходным материалом для резкого повышения продуктивности планктона в условиях высоких температур, подъемом уровня океана и ослаблением вертикальной циркуляции водной толщи.

Роль аномально нагретого глубинного вещества, струи которого в виде "мантийных плюмажей (плюмов)" поднимаются от ядра Земли, специально рассмотрена Н.Л. Добрецовым [1994]. Он полагает, что интенсивность течений и тепломассопереноса в жидком ядре не компенсируется медленными течениями в нижней мантии. В результате внешнее ядро "перегревается", в нем повышается частота магнитных инверсий. Но, как только отрывается мантийный плюм от границы ядро-мантия, он уносит избыток тепла, внешнее ядро охлаждается, частота магнитных инверсий снижается, либо они вовсе исчезают, как это имело место в мелу и перми. Отрыв крупных плюмов (или группы плюмов) происходит периодически каждые 30 млн. лет на фоне более длительной периодичности 280-200 млн. лет. Поднимающиеся мантийные плюмы в периоды их максимальной интенсивности, сопровождаемой интенсивным мантийным магматизмом, перестраивают астеносферные течения, что вызывает периодические изменения скорости и(или) направления движения литосферных плит1. Это приводит к ускорению субдукционно -акреционных процессов на конвергентных границах плит, что объясняет периодичность максимумов возрастов глаукофановых сланцев, островодужного вулканизма и оруденения. В свою очередь, изменение рельефа в океанах и на континентах приводит к коррелирующимся процессам трансгрессий-регрессий и изменения течений в гидроатмосфере, вызывающих климатические изменения, и связанные со всем этим палеогеографические и палеоэкологические события. Огромно влияние на экологическую обстановку катастрофических

Е.Е. Милановский [1995], рассматривая процессы, протекающие во внешнем жидком ядре и у его границы с мантией, считает, что именно они ответственны за наблюдаемые на поверхности Земли и в ее коре тектонические, магматические и другие проявления геопульсаций. Последние характеризуются чередованием преобладания в глобальном масштабе тектонических деформаций горизонтального расширения коры (фаз активизации рифтинга и спрединга) и ее сжатия (фаз складчатости). При этом из соотношения инверсий магнитного поля с фазами геопульсаций вытекает, что передача глубинных энергетических импульсов к поверхности должна была осуществляться почти мгновенно посредством изменения напряженного состояния всех оболочек Земли.

В геологической истории продолжительность отдельных пульсационных циклов и их особенности не оставались постоянными, а зависели от положения данного цикла в структуре более крупных пульсационных циклов. Наиболее важным результатом описываемых сверхглубинных процессов явились многократные небольшие изменения объема Земли и общей площади земной коры, приводившие к деформациям сжатия и растяжения, а также многократные изменения интенсивности магматизма, связанные как с неравномерным во времени волнообразным характером распространения из глубоких недр к поверхности порций глубинного тепла и вещества, так и с адиабатическими процессами в очагах магмогенерации, в частности, с декомпрессией во время экспансионных фаз геопульсаций. С одним из таких глобальных пульсационных эпизодов А.Б. Веймарн и Е.Е. Милановский [1993] связывали катастрофические события на рубеже франского и фаменского веков.

В 1982 г. вышла книга С.Г. Неручева "Уран и жизнь в истории Земли". Автор полагает, что основные особенности ураноносных черных сланцев (стратиграфическое положение, фациальная природа, исчезновение многих видов фауны и флоры) можно объяснить, исходя из того, что главная причина образования черных сланцев - периодическое заражение бассейнов седиментации (и биосферы в целом) эндогенным ураном и тяжелыми металлами токсикантами. По М.Г. Неручеву большинство черных сланцев - продукт вырожденных экосистем, приспособившихся к условиям повышенной радиации и повышенной концентрации токсичных элементов. При этом обычно стимулируется экстремальная биопродуктивность простейших водорослей и происходит резкое обеднение видового состава более высокоорганизованной фауны. "Проявление эпох уранонакопления, а одновременно фосфатонакопления и интенсивного накопления планктоногенного органического вещества, контролируется, вероятно, общим пульсационным ритмом развития Земли и осуществляется периодически в эпохи растяжения, сопровождающиеся активизацией рифтогенеза и вулканических процессов" [Неручев, 1982, стр. 197]. Для этих эпох характерен интенсивный вынос из подкоровых глубин P, U, V, Ni, Cu, Co и ряда других элементов, что вызывало соответствующую ответную реакцию биосферы. На протяжении фанерозоя С.Г. Неручев выделил 20 таких эпох и показал, что они могут быть сопоставлены с охарактеризованными к тому времени Е.Е. Милановским [1978] этапами активизации рифтогенеза. В большинстве случаев по С.Г. Неручеву ураноносные эпохи разделены во времени фазами складчатости.

А.А. Маракушев на основе детального изучения метеоритов и обширных экспериментальных исследований последовательно развивает идею о дегазации ядра Земли [1992, 1997 и др.]. По его мнению периодические усиления эндогенной активности Земли определяются сожными взаимоотношениями твердого субъядра, кристаллизующегося в ее центре и жидкого флюидного ядра, генерирующего магнитное поле. Кристаллизация никель-железного субъядра сопровождается накоплением на фронте кристаллизации совместно с водородом многих флюидных компонентов (серы, галогенов, углеводородов) и рудных металлов. Важным следствием кристаллизации является непрерывное повышение общего флюидного давления в жидком ядре. Рост давления приводит при достижении критического значения к выбросам водородных флюидов (плюмов) в мантию и земную кору, которые подвергаются флюидному плавлению с образованием в них магматических очагов. Эти импульсы дегазации ядра, искажающие нормальное развитие магнитного поля, соответствуют усилению эндогенной активности Земли. К наиболее ярким проявлениям этого процесса относится образование взрывных кольцевых структур на платформах, характеризующихся крайне высоким энергетическим уровнем взрывов, который фиксируется образованием в них алмаза и диаплектовых стекол. Эти структуры порождаются быстрым "сквозным" подъемом флюидов из жидкого ядра Земли.

Огромная потенциальная энергия сжатия, заключенная в восходящих флюидных потоках, реализуется помимо взрывов образованием структур растяжения и обновления земной коры и мантии. К ним относятся: мировая рифтовая система срединноокеанических хребтов, периокеанические и периконтинентальные рифты, окраинные моря и другие тефрогенные структуры на континентах. Магматические формации в структурах растяжения связаны с активизацией верхней мантии восходящими флюидными потоками, обусловившими развитие в ней магматических очагов и конвективных ячеек, которые обеспечивают растяжение земной коры, ее разрушение и замещение веществом мантии.

В восходящих флюидных потоках осуществляются реакции диспропорционирования (H₂ + CO = C + H₂O; H₂ + 3CO = 2C + CO₂ + H₂O и др.). При этом реализуется главная функция водорода - генерация воды, которая играет роль не только в образовании Мирового океана, но и в возникновении глубинных очагов магматизма. С понижением температуры равновесия реакций смещаются вправо и кроме воды образуется свободный углерод. Поэтому импульсы интенсивной дегазации земного ядра, при которых углеродосодержащие газы мигрируют вверх, фиксируются в осадочной оболочке Земли горизонтами черносланцевых формаций, имеющих глобальное распространение. Им же подчинен комплекс стратиформных месторождений с широким спектром рудных металлов. А.А. Маракушев и др. [1997] подчеркивают, что традиционные решения проблемы генезиса рудоносных углеродсодержащих осадков акцентируют роль органического вещества. Однако, углеродсодержащие осадки обогащены таким разнообразным комплексом химических элементов, которые определенно свидетельствуют о вовлечении в их образование глубинных процессов. Это подтверждается и обнаруженными в последние годы [Томсон, Тананаева, 1994] приразломными (рвущими) черными сланцами, геохимия которых аналогична осадочным черным сланцам.

С кембрия "...впервые устанавливается временная связь черносланцевых формаций и биотических кризисов, нарушающих нормальную эволюцию животного мира..." [Маракушев, 1997; стр. 498].

Развивая взгляды А.А. Маракушева о дегазации ядра Земли, В.Л. Сывороткин в своей работе "Рифтогенез и озоновый слой" [1996] собрал и систематизировал данные по потокам природных газов (водорода, метана, гелия и др.), провел корреляцию центров дегазации планеты и наиболее устойчивых озоновых аномалий, оценил возможные термические и динамические эффекты взаимодействия эндогенных флюидов с газами гидро- и атмосферы. На основании этого им сделан целый ряд выводов, среди которых необходимо отметить следующие:

1. Озоновый слой, играющий роль защитного экрана Земли от губительного ультрафиолетового излучения Солнца подвержен разрушению флюидными потоками, восходящими из расплавленного земного ядра.
2. Распределение локальных минимумов озонового слоя контролируется мировой рифтовой системой, дегазационная активность которой возрастает в южном направлении, достигая максимума в обрамлении Антарктиды, к которой и приурочена область наибольшего разрушения озонового слоя. Локальные структуры утонения озонового слоя (Гавайский архипелаг, Исландия, Красное море) характеризуются высоким дебитом восстановленных озоноразрушающих газов и легких изотопов гелия. Центры озоновых аномалий совпадают также с поясами развития кимберлитового алмазоносного магматизма.
3. Изучение осадочной оболочки Земли приводит к выводу о периодичности разрушения озонового слоя Земли в прошлом в связи с импульсами усиления водородной дегазации ее жидкого ядра. Это фиксируется геохимическими аномалиями, глобальным развитием черносланцевых формаций и биотическими кризисами на катастрофических рубежах геологической истории.

Как вытекает из анализа общих концепций глобальных катастрофических событий и массовых вымираний организмов взгляды различных исследователей на причины этих явлений нередко противоположны. Однако, проявляемый в последнее время все возрастающий интерес к этой проблеме вселяет надежду на грядущие успехи в ее разрешении.

Детальное рассмотрение в предыдущих разделах глобальных событий на трех катастрофических рубежах наглядно показывает их сложность, неоднозначность и невозможность объяснения причин их возникновения одним воздействующим фактором. Массовое вымирание организмов в каждом конкретном случае было вызвано суммарным эффектом эндогенных, экзогенных, а в ряде случаев и космогенных групп факторов. Причем комбинация и степень взаимодействия этих групп факторов каждый раз различны. Поэтому нам кажется, что нет смысла искать единую причину, с механической повторяемостью вызывающую массовые вымирания организмов. Каждое такое событие требует детального индивидуального изучения всех характеристик с целью установления причин его возникновения.

¹Корреляция фаз реорганизации литосферных плит и короткопериодических изменений уровня Мирового океана и связанных с этим глобальных регрессий и массового вымирания организмов за последние 80 млн. лет охарактеризована в работе Е.Е. Милановского, А.М. Никишина с соавторами [1992]. вулканических извержений. Исходя из этого, Н.Л. Добрецов [1994] считает, что эндогенные процессы являются первопричиной, наиболее удовлетворительно объясняющей массовые вымирания биот и климатических кризисов.