Часть I – Геохимический анализ
Интерпретация результатов геохимического анализа
осадочных слоев зоны Leioceras opalinum.


Данная работа, в какой-то мере итоговая и обобщающая результаты предыдущих экспедиций, поэтому некоторая часть материала ранее уже была опубликована на сайте, и вот теперь, возможно из этих частей и получится сложить общую картину. Конечно, картина предварительная, исследование будет продолжено, но скорее всего, в последующем внимание будет уделено более конкретным вопросам и деталям.
Обнажение находится напротив села Хусса -Кардоникская, и в прошлом веке уже изучалось советскими палеонтологами. Место достаточно примечательное, живописное и, судя по научным работам и публикациям, именно здесь выходят на поверхность слои самого нижнего аалена, и фактически обозначена граница нижней и средней юры.
Эта граница хорошо выражена и четко фиксируется исчезновением видов рода Dumortieria и видов рода Pleydellia и появлением видов рода Leioceras.

Pleydellia является прямым предком рода Leioceras и хотя формально, предок – считается тоарским родом, все же некоторые ученые допускают возможность существования последний плейделий в самых низах средней юры и образования смешанных фаунистических комплексов.

В прошлом году, кроме обыкновенного поиска ископаемых, появилась уникальная возможность заглянуть вовнутрь этих ископаемых на атомном уровне. На кафедре Ставропольского Института Нефти и Газа есть современное высокотехнологическое оборудование для проведения геохимического анализа образцов. В публикации ПУТЕШЕСТВИЕ К ЦЕНТРУ КОНКРЕЦИИ. об этом рассказано более подробно и это был первый опыт обращения к элементарному и минеральному составу пород. Геохимия по своей увлекательности оказалась, чуть ли не интереснее самой палеонтологии, но это не какая-то другая и обособленная область, а наука, тесно связанная с геологией, во всех её проявлениях. Раньше попробовал изучить состав конкреции, в которой встречаются некрупные аммониты рода Leioceras. Они являются индикатором начала среднеюрского времени на нашей планете. А именно Leioceras opalinum – вид-индекс одноименной базальной зоны нижнего аалена.
Анализ данных конкреции не дает полного понимания процессов образования осадочных слоев, т.к. само определение конкреции говорит о стяжении или о концентрации определенной группы минералов, которые, как правило, всегда отличаются от вмещающей породы. Само исследование носило больше ознакомительный характер, чем прикладной, но результаты, которые выдали серьезные приборы, то же оказались вполне серьезными и дополнили материал, представленный ниже.

За основу исследования взят литологический метод. Суть метода заключается в выделении интервалов разреза, отличающихся от ниже и вышезалегающих по цвету, вещественному составу, структурным особенностями. Образование этих интервалов отражает определенные физико-географические условия формирования осадка, и, возможно эти условия, удастся восстановить с помощью геохимического анализа проб коренной породы, взятые из нижней части разреза (1), прослоя с конкрециями(2) и верхней части(3).

Проба №1.

В самой подошве обнажения располагается мощный прослой серого песчаника (?). Он не сплошной, с заполнением перерывов более рыхлой породой. Слой явно обозначен, с видимой верхней границей, поэтому можно говорить об изменении условий осадконакопления и о возможности сравнения данных из этого горизонта с последующими.
Забегая вперед, можно сказать, что все видимое обнажение в этом месте скорее всего относится к одной зоне, которая формировалась в течение 1-1.2 миллионов лет. Промежуток времени по геологическим меркам небольшой, но учитывая мощную седиментацию и видимую петрографическую разность слоев, можно попробовать проследить изменение локальных палеогеографических характеристик во время формирования зоны, и развитие макрофауны за этот же период.
Ниже на снимке образец из базальной части обнажения (1).

При отборе образцов нужно учитывать наиболее типичную структуру сложения слоя, отсутствие корки выветривания, характерный цвет на свежем изломе и пр. Этот кусок породы постарался достать из самого «сердца», т.е. из глубины прослоя. Еще нужно обращать внимание на близость подошвы и кровли. Чем ближе пробы к этим границам, тем более разнообразную информацию можно получить, но в данном случае лучше иметь средние данные основной слагающей породы.

Судя по слоистости вертикальной стенки, а это один из критериев расчленения, обнажение пережило бурное развитие и быструю скорость формирования разреза. Конечно, определить реальную скорость седиментации невозможно, но можно говорить о каких-то средних величинах. В научных источниках скорость 0.5-1.0 см на тысячу лет считается пограничной, и меньшая величина уже определяет разрез как конденсированный, в данном случае только видимая часть зоны составляет 25-30 метров, а это намного превышает предельную скорость формирования конденсированных разрезов.


Проба№2

Следующий слой представляет собой желтовато-бурый трещиноватый песчаник (?). На снимке внешний вид породы, слагающей данный горизонт.

Твердость понижается по сравнению с нижележащим слоем, так же изменяется её цвет и структура. Кроме того, отличием этого вышележащего слоя от нижележащего, являются наличие рассеянных по высоте конкреций и трещиноватость. Конкреции округлой вытянутой формы длиной до 30-40см и 20-25см в поперечнике. Внутри плотно набиты фрагментами и относительно целыми ископаемыми. Органогенный материал представлен аммонитами, редкими рострами белемнитов, двустворчатыми моллюсками и остатками растительности.
Трещины в этом слое, скорее всего, тектоническое происхождения, крупные и протяженные имеют преимущественно горизонтальную направленность, более частые и мелкие - вертикальную. И те и другие полностью открыты.
Ниже на снимке образец пробы №2.

Эта часть разреза наиболее богата представителями фауны с хорошей сохранностью, а в публикации НА ГРАНИ НАУКИ ИЛИ ААЛЕНСКИЙ ЯРУС VIII была предпринята попытка уже какого-то упорядоченного исследования ископаемых этого интервала. Проба выбрана, как коренная и вмещающая порода для конкреций. Было интересно сравнить некоторые элементарные составляющие конкреции и её окружения:

Элемент вмещающая порода конкреция

кремний 36.8 19.9
железо 31.7 5.6
алюминий 17.5 3.4
кальций 4.3 20.3
калий 3.7 -
магний 2.5 4.0

Не берусь комментировать, но очень большая разница в содержании железа, а вот кальций в конкреции, наверное, все же не только цементирующее вещество, но и мелкие остатки раковин аммонитов, без них тут никуда.





Проба №3

Верхнюю часть разреза в этот раз хочу представить более подробно.

Как уже было сказано ранее, нижележащий слой до недавнего времени был основным поставщиком находок. Иногда предпринимались попытки подняться выше и исследовать рыхлые уступы, выступающие из-под дерна. Порода, слагающая эти уступы, достаточно мягкая, если не сказать, что рыхлая и согласно сводному разрезу «песчаники становятся все более глинистыми, и в кровле замещаются глинами песчанистыми». Пожалуй, единственное место, где можно первый раз за все года попробовать отложить зубило и достать из багажника саперную лопату.

Образец №3. Некоторые куски можно просто ломать руками. Песчанник глинистый (?).

До этого, поиск в верхней части очень быстро заканчивался после таких находок.

Разрушенные и растворенные остатки ископаемых не привлекали к себе особого внимания. Однако, в литературе прошлого века именно по этому разрезу указан достаточно большой перечень родов и видов аммонитов верхнего тоара и нижнего аалена, и это по сравнению с нашими находками выглядело очень необычно. Поэтому и было принято решение проявить палеонтологическое упорство. Две целенаправленных экспедиции именно на верхнюю часть обнажения дали свои плоды и нижний аален приоткрыл еще несколько страниц.

Неопределенный аммонит d 40mm. Встретился впервые, крупная отчетливая ребристость, ребра одиночные, двуветвистые, короткие и вставные. Гораздо шире лейоцерассов из нижнего слоя. Вентральная часть заострена с обозначенным килем.

Еще один неопределенный аммонит d 36mm, очень похож на первый, но ребра одиночные и более крупные. Справа для сравнения вентральная часть лейоцерассов из конкреций (2).

Интересный представитель сем.Hammatoceratidae Planammatoceras sp. d 21mm. Определен уважаемым Фолькером Дитце. Плотная ребристой, гладкие начальные обороты. Округлый вентральный край с невысоким, но четко очерченным килем.

Самый необычный с шипами вдоль припупкового края d 42mm. Этот уже поуже в поперечном сечении, ближе к лейоцерасам и, дествительно, Фолькер Дитце определил его, как одну из экстремальных внутривидовых вариаций Leioceras opalinum. Похожие обитают в Южной Англии.

Это не все находки из глинистых песчаников и более полно они представлены далее в таб. 3-4.

Собранный ископаемый материал, в какой-то мере дает общее представление о методике выделения трех интервалов обнажения базальной зоны и теперь несколько итогов:

Ниже на снимке образцы 1-2-3, собранные вместе и с первыми самыми значимыми данными элементарного состава, полученного с помощью рентгенофлуоресцентной спектроскопии (XRF).
Это уже не портативный легкий переносной XRF анализатор, а более мощное и стационарное оборудование.

Полученных данных на самом деле гораздо больше, чем на этом снимке и,
кроме того, к каждой пробе приложена полная раскладка по оксидам. К последнему нужно относиться в какой-то мере осторожно т.к. алгоритм пересчета элементарного состава на оксиды не гарантирует стопроцентную точность.


Далее четыре таблицы с представителями головоногих и теперь они уже четко привязаны к интервалам зоны Leioceras opalinum.

Таблица 1. Базальная часть обнажения. Прослой песчаника, проба №1.

Таблица 2.Средняя часть обнажения. Породы с конкрециями, проба №2

Таблица 3-4. Верхняя часть обнажения. Песчаники глинистые, проба №3.

И в заключении самое интересное - попытка интерпретации результатов геохимического анализа осадочных слоев зоны Leioceras opalinum.

Говорить о каких-то кардинальных изменениях в палеогеографической обстановке во время формирования интервалов одной зоны, наверное не стоит, промежуток времени достаточно короткий и примерно выдержанный биоценз уже предполагают некую стабильность, но сам факт расчленения на слои с разной породой свидетельствует о каких-то, пусть и слабых, но случившихся фактах возмущения условий седиментации.

Глубина ископаемого моря.
Важный показатель, который влияет и на биоценз и на формирования осадочных пород. Величина примерно в 200м является пороговой для большинства процессов, проходящих в мировом океане. Во-первых, где-то – до 60-80м еще можно говорить о какой-то растительности на дне и возможности фотосинтеза с помощью проникающего света и редкие представители флоры спускаются ниже, во-вторых, глубина в две сотни метров является предельной для большинства представителей морской фауны. Кроме того, если до 200 м интерпретация и сравнении петрографический состав осадочных пород имеет место быть, то дальше начинается зона илистых отложений. Все выравнивается, фаунистические и минералогические характеристики, что на глубине 400 м, что на глубине 1400м отличаются не сильно. В данном случае все три интервала обнажения, судя по наличию определенного состава фауны и гранулированного состава породы, явно находились в прибрежной зоне.
Для сравнения величины предполагаемой глубины по интервалам можно рассчитать с помощью, так называемого элементного фациального индикатора – Fe/Mn – отношение железа и марганца. Модуль уменьшается с увеличением глубины, и связано это с поглощением марганца осадочными отложениями из морской воды, а это проявляется сильнее в более глубоководных условиях. Результаты следующие:

Базальная часть обнажения. Прослой песчаника - 26.7
Средняя часть обнажения. Трещиноватые породы с конкрециями - 161.9
Верхняя часть обнажения. Песчаники глинистые - 31.9

Средний слой с конкрециями с показателем более 160 относится к осадочным породам, которые формировались в мелководно-прибрежной зоне с преимущественно терригенным источником сноса. Получается, во время осадконакопления нижняя часть зоны и верхняя находились на гораздо большей глубине.
Можно подойти к вопросу глубины ископаемого моря и со стороны тафомонии, одной из задач которой является «…исследование остатков организмов в осадочных породах и восстановление процессов превращения остатков в окаменелости в различных процессах в период метабиосферы». Есть два подтверждения, показывающих сохранение ископаемых в горизонтах, связанных с глубиной. Первое – это наличие конкреций в среднем слое с хаотическим расположением раковин аммонитов. В базальной и верхней части обнажения конкреции отсутствуют и ископаемые рассеяны в породе, что говорит о более спокойном гидрорежиме у дна.

Сравнение сохранения раковин в конкреции 2 (средний слой) и в породе 1,3(базальная часть и верх разреза).

И вторая особенность – справа на фото (4-4а), как определил уважаемый специалист из германии Фолькер Дитце - вариант Leioceras opalinum (верх разреза), который встречаются и в южной Англии и южной Германии. В отличии от того же вида из средней части (5), поперечное сечение гораздо объемнее и кроме этого аммонита, в разы увеличилось количество других родов и видов с более широким поперечным сечением (1-2-3). Значит, глубина моря при формировании осадочных пород верха разреза была большой, волновые и прибойные течения в толще воды незначительными, это давало возможность моллюскам плейстона с более широкой раковиной чувствовать себя достаточно комфортно.

Еще один показатель, важный для восстановления палеогеографической обстановки – это соленость морской воды. Для её определения используются результаты отношения Sr/Ba и Ca/Sr. В процессе формирования осадочных пород происходит постоянное нарушение солевого раствора. Одни минералы в это время растворяются, другие формируются. Например, при очень большой солености, Mg, который был в осадке, начинает растворяться и замещать Са.

отношение Sr/Ba и Ca/Sr:

Базальная часть обнажения, проба №1 Sr/Ba - 0.53 Ca/Sr -267
Средняя часть обнажения, проба №2 - 0.23 -65
Верхняя часть обнажения, проба №3 - 2.36 -310

Увеличение значений этих соотношений говорит о повышении солености ископаемого водоема. Для этого конкретного обнажения снижение глубины с понижением солености при формировании средней части зоны можно связать с опреснением воды из-за близости мощного источника терригенного сноса - реки впадающей в море. Т.е. скорее всего в то время устье реки ближе всего находилось от существующего ныне обнажения.

Косвенно это подтверждается наличием в породе такого элемента, как барий. Ва растворяется по мере удаления от источника сноса и по мере увеличения глубины бассейна. Концентрация в размере 0.275 в средней зоне выше, чем в верхней части - 0.140 и в нижней 0.0511. То же самое можно сказать и о свинце, в нижней части и верхней, которые соответствуют большей глубине, свинец не обнаружен, в мелководной он не успел раствориться – Pb -0.0104.

Климат и его изменение, конечно, тяжело проследить за столь короткое по геологическим меркам время – формирование зоны яруса. Хотя узнать хоть что-то про него было бы интересно. Можно попробовать использовать титановый модуль TiO2 /Al2O3. Чем выше значение этого модуля, тем более зрелой считается осадочная порода. В данном случае показатели следующие:

Базальная часть обнажения, проба №1 - 0.041
Средняя часть обнажения, проба №2 - 0.040
Верхняя часть обнажения, проба №3 - 0.036

Значения достаточно близки и имеют тенденцию к уменьшению со временем, это подтверждает зрелость и отсортированность песчаников двух нижних интервалов, и то, что температура постепенно повышалась и из гумидных, климатические условия плавно двигались в сторону более сухих и жарких – аридных.
Еще одно предположение - примерно равные показатели в значении титанового модуля говорят об отсутствии климатических факторов в резком обмелении моря во время формирования средней части обнажения, скорее всего, уменьшение глубины может быть связано с тектоническими проявлениями. На это указывает и характер продольно – поперечных открытых трещин породы этого интервала.

На рисунке выше графическое представление результатов расчета и сравнения геохимических модулей. Диаграммы упрощены, без учета масштаба, но указаны цифровые величины послойно для каждого параметра.

Для объективности можно упомянуть, что иногда интерпретация геохимических данных не совпадает с палеогеографическими. И в данном случае при исследовании нижнего аалена и попытке углубиться в тему, появились противоречия. Основная причина, конечно же, в количестве проб на интервале. Очень большая вероятность при разовом отборе получить результаты, не соответствующие средним по данному составу минералов.
Нужно будет лучше изучить сам метод интерпретации, правила отбора проб, более тщательно разобраться в границах расчленения этого обнажения.

В заключении хочу выразить огромную благодарность уважаемому Якушеву В. М., кандидату физико-математических, наук за помощь в обработке проб, а так же немецкому специалисту Фолькеру Дитце за определение аммонитов. Возможно, с их помощью в будущем, можно будет создать более реальную и тщательно проработанную живую картину ааленского древнего моря.

Северо-Западный Кавказ
с.Хусса-Кардоникская
октябрь - ноябрь 2017г.

Возраст окаменелости: Мезозой, Юра, Средняя юра, Ааленский ярус Место находки: Россия, Карачаево-Черкесия, Долина рек Хусса - Кардоник. Тип окаменелости: Беспозвоночные, Моллюски, Головоногие моллюски, Аммониты