Читая каменную летопись Земли... - Александр Конюхов

Возникшие в конце докембрия (0,7–0,6 млн лет назад) многочисленные формы морской фауны и флоры вытеснили своих примитивных предшественников в периферийные экологические ниши — лагуны и заливы. Многие из новых организмов унаследовали от них способность связывать углекислый газ и кальций в минеральную соль. Это были багряные водоросли, литотамнии, кишечнополостные (губки) и конодонты. Другие животные — трилобиты стали строить панцирь из хитина. Известняки накапливались по всему миру, и особенно быстрыми темпами в раннем палеозое. Однако подлинная революция произошла после того, как появились колониальные формы мельчайших животных — предшественников современных кораллов. Они принялись строить настоящие города под водой, да еще в тех условиях, где не выдерживала самая крепкая порода. Действительно, только рифы, заселенные живыми кораллами, способны устоять под непрерывными ударами океанских волн, разрастаясь при этом в высоту и ширину. На безбрежных пространствах древних эпиконтинентальных морей и океанических шельфов распространились и одиночные морские организмы, защищенные карбонатными раковинами: брахиоподы, моллюски, морские лилии и ежы, мшанки. Наконец появились и свободно плавающие в воде организмы, использовавшие для построения скелета карбонат кальция: аммониты, фораминиферы, нанопланктон. Кальцит и арагонит стали формироваться по всему океану, исключая высокие широты и глубоководные зоны, где преобладали холодные воды. Остатки свободноплавающих организмов опускались на дно. Здесь органические составляющие полностью или частично разлагались, но оставались компоненты скелета, накапливавшиеся в виде осадка. В эпохи высокого стояния океанических вод, когда значительные площади суши оказывались под водой и поступление обломочного материала резко сокращалось, карбонатные отложения становились самыми распространенными в морях и океанах. Они формировались и в крупных озерных водоемах на суше.

Одной из эпох преимущественного карбонатонакопления была позднемеловая. Уровень океанических вод в то время поднялся на 150–200 м выше современного. Вследствие этого береговая линия резко отступила в глубь суши. Периферийные и часть центральных районов крупнейших платформ — Восточно-Европейской, Северо-Американской и Африканской — заняло море. Водосборные площади рек сократились; в результате в океан с суши перестали поступать огромные количества песка и тонкой взвеси. В толще воды распространились мельчайшие карбонатстроящие организмы — кокколитофориды. Из их остатков, опустившихся на дно, образовались тончайшие белые илы, которые затем, уплотнившись, превратились в мел. В поле электронного сканирующего микроскопа образцы мела предстают совершенно иными. Здесь можно увидеть различные структуры в виде щитов, шлемов, колес, спиралек и т. д. Мел — это гигантское кладбище нанопланктона, формировавшееся миллионы лет. Название этой породы было присвоено и тому периоду, в котором она получила широкое распространение.

Не только мел, но и мергели, а также многие разновидности тонкозернистых известняков сложены мельчайшим детритом карбонатстроящих организмов. По характерным их остаткам легко установить время образования карбонатных отложений и возраст всей толщи пород. Именно в известняках палеонтологи нашли и определили большую часть ископаемых моллюсков, кораллов, мшанок и др., обнаружили древние карбонатные банки и отмели, огромные рифовые массивы. В частности, выяснилось, что рифовые острова и атоллы протягивались в раннепермское время и в позднем карбоне вдоль восточного края Русской плиты, от Тимана до Башкирии и далее на юг, в Прикаспийскую впадину, т. е. как современный Большой Барьерный риф Австралии. Последний возник у края шельфа в Коралловом море и состоит из тысяч островков и рифов кораллового происхождения, вытянутых с севера на юг на расстояние более 2000 км. Еще больший по протяженности барьерный риф позднеюрско-раннемелового возраста распадается на отдельные кольцевые комплексы шириной 150–200 км. Он выявлен с помощью геофизических методов и бурения под шельфом и континентальным склоном атлантической окраины Северной Америки, от Ньюфаундленда до Багамской банки и далее по северному контуру Мексиканского залива до полуострова Юкатан. Здесь при бурении на глубине нескольких тысяч метров в районе банки Кампече были открыты гигантские месторождения нефти. Залежи находятся в высокопористых рифовых известняках. Высота некоторых из них превышает 1000 м.

Крупные месторождения нефти, приуроченные к древним погребенным рифовым массивам, были обнаружены во многих районах мира. Однако пальма первенства в этом отношении принадлежит Персидскому заливу, где в рифах, да и вообще в известняках, сосредоточены огромные запасы углеводородного сырья (около 21 млрд т нефти и 11,5 трлн м3 газа).

Значение карбонатных пород, известняков и доломитов как коллекторов нефти и газа очень велико. Во многих крупных нефтегазоносных бассейнах в них заключено более половины запасов углеводородов. Объясняется это хорошими емкостными возможностями благодаря большому количеству пор или каверн, унаследованных от первичной структуры рифа или возникших при выщелачивании карбоната кальция во время погружения в осадочные бассейны.

Карбонат кальция обладает повышенной растворимостью в холодных водах. Поэтому организмы, строящие из него скелет или раковины, слабо распространены в Высоких широтах и не живут в глубоководных зонах океана, где температура воды не превышает 4–8 °C. Более того, карбонатные раковины и различные минеральные компоненты карбонатного планктона, обитающего в поверхностном водном слое морей и океанов, опускаясь после отмирания на дно, постепенно растворяются. Существует так называемая критическая глубина карбонатонакопления, т. е. тот уровень, ниже которого не способны проникнуть остатки карбонатного планктона, так как по пути на дно они должны полностью раствориться. В современную эпоху она соответствует в океане 4500 м. В другие геологические эпохи этот условный уровень поднимался или опускался. Скелетные остатки из арагонита растворяются быстрее, чем кальцитовые раковинки. Поэтому критическая глубина растворения арагонита на 800-1000 м выше приведенного выше значения.

Таким образом, абиссальные котловины и желоба в океане с глубинами более 4500 м лишены карбонатных осадков. Зонами развития последних являются районы континентальных окраин (шельф — континентальный склон — подножие) и области срединно-океанических поднятий. Многие подводные горы, представляющие собой потухшие щитовые вулканы, также перекрыты шапкой карбонатных отложений мощностью от нескольких сот до полутора тысяч метров. Среди них много древних атоллов, погрузившихся в морские пучины.

Не все карбонатные породы можно отнести к разряду биогенных, т. е. сложенных остатками организмов. Встречаются и хемогенные известняки, например оолитовые породы. Как и песчаники, они сложены зернами примерно одинаковой величины (от 0,2–0,5 до 1–2 мм), между которыми в порах располагается тонкоотмученный карбонат кальция, играющий роль цемента. Строение зерен необычно. Они представляют собой шарики или сфероиды с ядром и рядом концентрических оболочек вокруг него. В качестве ядра могут выступать мелкие зерна кварца или других минералов, комочки глинистого вещества, обломки раковин или другие форменные элементы. Оболочки сложены карбонатом кальция и часто имеют радиально-лучистое строение: отдельные кристаллы образуют игольчатой формы сростки, ориентированные поперек самой оболочки, от центра зерна к его поверхности. В шлифах на срезе в скрещенных николях оолиты напоминают глаз с хрусталиком посредине.

Оолиты образуются в затишных участках лагун и заливов на мелководье, там, где воды пересыщены карбонатом кальция. Такие условия обычно складываются у побережий тропических и субтропических стран, где невелик вынос с суши обломочного материала. Песчинки или комочки глины под действием небольших волн или приливно-отливных течений перемещаются по дну, становясь в условиях избыточного испарения воды центрами кристаллизации карбоната кальция. Оболочки нарастают одна за другой, до тех пор пока оолитовое зерно не оказывается слишком тяжелым и перестает перекатываться по дну. Оолиты образуются в настоящее время в лагуне за островом Андрос (Багамские острова), в одной из неактивных лопастей дельты реки Ориноко, в других местах. В прошлом этот процесс был распространен шире Оолитовые известняки известны на Кавказе и в Крыму, описаны на Копетдаге и на востоке Русской плиты, во многих других районах.

Арагонитовые корки хемогенного происхождения покрывают базальты ложа и выступы коренных пород в глубоководных впадинах Красного моря. Это стяжения желтовато-коричневого цвета с бугорчатой поверхностью. В поле электронного сканирующего микроскопа видны сростки игольчатых кристаллов арагонита, направленные в одну сторону. Формирование подобных корок в Красном море, видимо, связано с наличием рассолов в глубоководных его впадинах. Впрочем, хемогенная садка карбонатов происходит и на побережье этого моря в небольших рассольных ямах и пересыхающих соляных озерах, заполняемых морской водой в периоды нагонных ветров. После испарения значительной части воды на дно выпадают карбонатные минералы — доломит и арагонит.