Биосферное событие на границе палеоцена – эоцена (PETM)

C Ю.О. Гаврилов, Е.А. Щербинина (Геологический институт РАН, Москва, e-mail: gavrilov@ginras.ru). Биосферное событие на границе палеоцена – эоцена и его отображение в различных седиментационных системах Земли (океаны, моря, континенты). Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии Москва, 16–20 ноября 2009 г http://rogov.zwz.ru/Marine%20geology%202009_t_1.pdf

С палеоцен/эоценовым глобальным событием (PETM – Paleocene/Eocene Thermal Maximum), продолжительностью в несколько десятков тысяч лет, связаны заметные пертурбации в различных сферах Земли – гидросфере, атмосфере, наземных ландшафтах, в связи с чем его можно оценивать, как имеющее ранг биосферного. Литолого-геохимческое и биотическое отображение события в осадочных толщах устанавливается в различных седиментационных системах – морских, океанических, континентальных. Однако, вне зависимости от обстановки соответствующие PETM осадки имеют oтчетливые отрицательные аномалии b13С и b18О в несколько промилле. Отрицательная аномалия b18О свидетельствует о существенном повышении температуры в это время –глубинных вод океанов и высокоширотных вод на 4°и 8°С соответственно.
По величине потепления и скорости, с которой оно произошло, событие РЕТМ не имело прецедента в фанерозойской истории Земли.

Изотопная аномалия устанавливается в раковинах планктонных и бентосных фораминифер из осадков всех океанов, зубной эмали млекопитающих, в карбонатных конкрециях палеопочв континентальных отложений и т.д. Поскольку изотопный шифт прослеживается в глобальном масштабе, появляется возможность корреляции отложений этого интервала в океанических, морских и континентальных толщах. Основание изотопно-углеродного сдвига в настоящее время принято рассматривать в качестве
границы палеоцена и эоцена; с ним совпадает граница зон NP9/NP10 по наннопланктону и подзон P5a/P5b по планктонным фораминиферам.

В континентальных фациях событие РЕТМ регистрируется по соответствующему изотопному шифту и прослеживается в отложениях, содержащих палеопочвы. Если это событие не вызвало резких перестроек в таксономическом составе наземных растительных сообществ, то влияние климатических флуктуаций на фауну было значительным. Именно в этом временном интервале отмечена радиация копытных, грызунов, рукокрылых и т. д., с этим уровнем связано и появление первых приматов.
Hегативное воздействие на наземную биоту биосферных процессов выразилось в
появлении карликовых форм млекопитающих, которые восстановили нормальные размеры после окончания РЕТМ.

Важной чертой седиментации в эпиконтинентальных морях Тетиса являлось накопление во время РЕТМ осадков, обогащенных органическим веществом (ОВ) – сапропелитовый пласт (СП). Под этим пластом прослеживаются следы размыва подстилающих отложений, что свидетельствует о регрессивном эпизоде, предшествовавшем РЕТМ, сам же пласт образовывался на фоне быстрой эвстатической трансгрессии. Детальные исследования разрезов PETM позволили выявить ряд особенностей их внутренней структуры. Было установлено, что внутри обогащенного ОВ пласта содержание Сорг закономерно меняется. В некоторых разрезах сапропелитового пласта можно выделить не менее 4-х слоев, каждый мощностью 15–20 см. Таким образом можно говорить о нескольких мелкомасштабных седиментационных циклах, свидетельствующих о закономерных циклических изменениях обстановок седиментации во время образования СП. Цикличность внутри сапропелитового пласта РЕТМ связана с короткими циклами Миланковича.

Накопление во время РЕТМ углеродистых осадков в морях Перитетиса сопровождалось развитием аноксидных обстановок, на что указывает угнетенность донной фауны, высокие концентрации Mo, Se, Ni и др., присутствие в отложениях соответствующих биомаркеров (изорениератен) и др.Обогащение илов значительным количеством ОВ было связано с резким возрастаниием биопродуктивности органикостенного планктона (динофлагелляты, фито- и бактериопланктон). Расцвет органикостенного планктона сопровождался резким снижением численности карбонатного микропланктона, в результате чего карбонатность пород СП ниже, чем вмещающих его отложений. Таким образом, во время этого события в морях Перитетиса произошла существенная перестройка биоты, и восстановление ее докризисного облика шло постепенно и сопровождалось исчезновением многих палеоценовых форм.

В океанских осадках, соответствующих РЕТМ, обогащенные ОВ отложения отсутствуют. Вместе с тем, в них также наблюдается угнетенность донной фауны. Наибольший стресс (вплоть до полного исчезновения) испытали бентосные фораминиферы наиболее глубоких частей океанов; сходным образом реагировали на событие РЕТМ и остракоды. В пределах открытых частей океанов (реже на шельфах) также происходило уменьшение продуктивности карбонатных микроорганизмов. Как показали исследования
наннопланктона в осадках РЕТМ], в отличие от периферических эвтрофных районов океана в его центральных частях для поверхностных слоев вод были характерны олиготрофные условия.

Краткий сценарий биосферного события, увязывающий в единую систему разные его проявления, может быть следующим. Вблизи границы палеоцена и эоцена, очевидно, вследствие существенных тектонических событий произошли резкие изменения уровня океана – его падение на несколько десятков метров, а затем быстрый подъем. B позднемеловое-палеогеновое время в результате регрессии от моря освободились огромные выположенные территории. На них возникли почвенные покровы, озерно-болотные ландшафты, в которых накапливалось ОВ, многие биофильные элементы. Здесь начали генерироваться огромные массы метана («болотный газ»), который поступал в атмосферу и окислялся с образованием изотопно-легкой углекислоты. Результатом было развитие парникового эффекта, повышение температуры и появление
отрицательного шифта b18О в осадках; образование карбонатов и ОВ с изотопно легким С, как в морях, так и на суше. Регрессия привела к закрытию некоторых проливов и появлению сухопутных мостов, что способствовало расселению в Северной Америке и Европе наземных животных, ранее обитавших только в Азии.

Регрессию сменила быстрая трансгрессия. Наступавшее на сушу море активно взаимодействовало с прибрежными ландшафтами, в которых скопились Р, N, Fe, ОВ и др. Вынос в водоемы значительных количеств биофильных элементов привел к резкой вспышке биопродуктивности планктона в относительно приближенных к суше частях водоемов. Эти эвтрофные зоны выступали в роли биофильтров, задерживавших основную массу биофилов, было ограничено их поступление в центральные части океанов, становишиеся олиготрофными.

Эвтрофикация бассейнов сопровождалась резкой перестройкой биоты – с известкового планктона на органикостенный и накоплением обогащенных ОВ осадков. Это приводило к возникновению аноксидных обстановок, негативно влиявших на биоту, в первую очередь на бентосную. В областях развития аридного климата взаимодействие наступающего моря с образовавшимися на стадии регрессии солеродными водоемами обусловило вынос высокоминерализованных вод в моря и океаны, что способствовало возникновению в некоторых районах плотностной стратификации, ухудшению аэрации и появлению дизоксических обстановок.

После того, как трансгрессия завершилась и море заняло оставленные ранее территории, резко уменьшилось поступление биофилов с суши и биопродуктивность в краевых частях водоемов упала; сократилась поставка метана в атмосферу, уменьшился парниковый эффект, исчезли b13С и b18О аномалии. В итоге прекратили существования характерные для PEТМ признаки.

Многие литолого-геохимические и биотические проявления события РЕТМ, зафиксированные в осадочной летописи, присущи и более древним геологическим и биосферным событиям фанерозоя.