Очаги современного континентального карбонатонакопления в

Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
ОЧАГИ СОВРЕМЕННОГО КОНТИНЕНТАЛЬНОГО
КАРБОНАТОНАКОПЛЕНИЯ В ОКРЕСТНОСТЯХ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
В.Г. Колокольцев1, М.Ю. Никитин2, Е.О. Ковалевская1
Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского,
Санкт-Петербург, Kolokoltsev@rambler.ru
2
Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, СанктПетербург, boogiewoogieboy@mail.ru
1
Локальные очаги современного континентального карбонатонакопления обнаружены
летом 2004 г. (Колокольцев и др., 2005, 2007) в Ломоносовском районе Ленинградской области в
нескольких километрах к западу от пос. Ропша на территории комплексного памятника природы
«Глядино» (рис. 1). Территория памятника природы охватывает долины ручьев Ривкузи и
Егузи, дающих начало реке Шингарка, воды которой питают знаменитые фонтаны Петергофа.
На площади памятника природы и прилегающей территории размещено ГлядиноЗабородское месторождение травертинов (известковых туфов) ранне-среднеголоценового
возраста, состоящее из нескольких залежей. Наиболее крупные из них отрабатывались до 1917 г.
Ложем ранне-среднеголоценовых залежей служат суглинки с гравием, галькой и валунами
кристаллических пород и местных ордовикских известняков. На неровной поверхности моренных
суглинков покоятся болотно-озерные образования, представленные преимущественно торфом
с полуистлевшими остатками древесной и травяной растительности. На валунных суглинках
и болотно-озерных осадках залегает гажа с блоками травертинов коричневато-желтого, серого
и светло-серого цветов. Последние содержат
кальцитовые фитоморфозы харовых водорослей,
мхов, высших сосудистых растений, а также
раковины пресноводных и наземных моллюсков
и т.п.
Современный травертиногенез наиболее
ярко проявлен в ручье Ривкузи, который
вытекает из Глядинского пруда и получает
дополнительное питание из многочисленных
родников. Долина ручья в верховьях, в пределах
глинта, узкая каньонообразная, в среднем
течении — плохо выработанная. Течение
быстрое, вода чистая прозрачная, холодная. В
самое теплое время года она не поднимается
выше +11 °C. В 2,5 км ниже истока ручей Ривкузи Рис. 1. Местоположение очага современного
трвертиногенеза (1) и памятника природы
сливается с ручьем Егузи. Ручей Ривкузи в
«Глядино»
(2). Из (Красная книга…, 1999)
0,5 км ниже истока прорезает Глядинскую
с дополнениями
31
VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
Рис. 2. Зона современного травертиногенеза в ручье Ривкузи (А) и кровля юного травертина (Б)
залежь древних (ранне-среднеголоценовых) известковых туфов, а еще через 1,5 км вскрывает
другую залежь того же возраста. Из-за неравномерного растворения известковых туфов дно
ручья неровное, с глубокими ямами, перекатами, небольшими водопадиками (до 0,3 м высотой).
На отрезке длиной около 0,5 км в пойме и русле ручья на островках и отмелях, покрытых
водорослями и мхом, происходит фоссилизация аквафильной флоры с формированием
небольших (толщиной около 0,5 м) линз хрупких известковых туфов. Один из таких участков,
расположенный у автомобильной дороги Ропша – Оржицы – Гостилицы (с юга от нее), приведен
на рис. 2А.
Здесь известковые туфы новейшей генерации (рецентные), залегая на раннесреднеголоценовых (древних) крепко сцементированных разностях, отделены от последних
линзами темно-серого, почти черного обводненного ила. Рецентные травертины представлены
ажурными образованиями, состоящими из кальцитовых фитоморфоз произрастающих
здесь растений. Эти формирующиеся на наших глазах породы похожи на каменные кружева
из хрупких ветвящихся и частично соприкасающихся фоссилизированных стеблей мха.
Крупные пустоты заполнены черным илом и с поверхности заселены речными организмами
(бокоплавами и др.). В кровле пласта зафиксированы различные стадии тафономического цикла:
живые зеленые мхи сменяются частично замещенными кальцитом зеленовато-кремовыми
пластичными разностями, а затем — полностью минерализованными органическими
остатками (фоссилиями). Все это можно наблюдать в одном образце (рис. 2Б). В результате
такой зональности поверхность рецентных травертинов оказывается покрытой ярко-зеленым
тонким ковром пока еще живого мха.
На площади памятника природы «Глядино» произрастает 57 видов мхов (Красная книга…,
1999). В очаге современного травертиногенеза определены Brachythecium, Rhynchostegium,
Hygrohypnum и некоторые другие (Никитин и др., 2011).
Максимальную площадь распространения имеют юные травертины с фитоморфозами
преимущественно листостебельных мхов. По латерали они сменяются небольшими по
площади участками с фитоморфозами харовых водорослей (Chara, Nitella). Эти текстурные
разновидности с окаменевшими тонкими (около 1 мм) переплетающимися нитями образуют
еще более изысканные кружева. Как и в предыдущей разновидности, крупные пустоты между
фоссилизированными нитями хары заполнены черным илом.
В очаге современного травертиногенеза кальцитом замещаются не только мхи, харовые
водоросли, иногда высшие сосудистые растения, но и колонии разнообразных микроорганизмов.
С кальцитизацией микробиоты связано образование известковых корок в русле ручья и на дне
сезонно обводняющихся протоков. В зоне современного формирования травертинов в ручье
Ривкузи распространены (Никитин и др., 2011) представители цианей (Schizothrix, Phormidium,
Calotrix, Gloeocapsa, Rivularia), зелёных водорослей (Gongrosira, Chlorotilium и Oocardium),
багрянок (Batrachospermum), диатомей (Diatoma, Synedra, Achnantes, Gomphonema, Navicula). Эти
и некоторые другие гидробионты формируют своеобразные брио-альго-цианобактериальные
сложноустроенные сообщества (рис. 3).
32
Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
На ручье Ривкузи в очаге современного
травертиногенеза
проводились
замеры
температуры,
водородного
показателя
и
окислительно-восстановительного потенциала
воды, определялся ее химический состав.
В июле–августе 2004–2006 годов замеры
температуры воды проводились с 10 часов до
21 часа с интервалом 2–3 часа. Температура
воды составляла +11 °С. Ее суточные колебания
уловить не удалось. Водородный показатель
(pH) варьировал от 7,25 в истоке ручья до 8,60
в зоне современного травертинообразования,
окислительно-восстановительный
потенциал
Рис. 3. Брио-альго-цианобактериальные
(Eh)
—
от
+70
до
+20 мВ,
сухой
остаток
— от 324
сообщества в ручье Ривкузи. Август 2011 г.
до 418 мг/л. Химический состав, приведенный в
таблице, свидетельствует о том, что источниковые воды пресные (!) имеют гидрокарбонатный
магниево-кальциевый состав. Из-за отсутствия данных о количестве свободного CO2
нельзя уверенно говорить о степени насыщенности этих вод CaCO3. В пересчете на соли
проанализированные воды ручья Ривкузи содержат от 160 до 210 мг/л CaCO3 и от 122,7 до
130,05 мг/л MgCO3. При pCO2, равном атмосферному (0,0003), и при температуре от 0 до 20 °С
полное насыщение CaCO3 достигается при его концентрации 59–79 мг/л. Иными словами,
пресные воды руч. Ривкузи пересыщены CaCO3 и потому способны к осаждению из них
карбоната кальция, но в изученном очаге современного травертиногенеза оно происходит
преимущественно биохимическим путем.
Подавляющая доля известковых новообразований представляет собой скопление
инкрустаций по растениям, сохраняющим тонкие детали их поверхностной скульптуры. В
шлифах можно различить три разновидности агрегатов карбоната кальция, соответствующие
разным способам его образования. Одна разновидность представлена тончайшими
микрозональными корочками на поверхности растений, другая выполняет трубчатые и иной
формы пустоты в самом растении,
Состав воды в очаге травертиногенеза
третья замещает растительную ткань
с сохранением ее структуры. То есть, в
Проба 1
Проба 3
г/л
Мгэкв/л
г/л
Мгэкв/л
образовании известковых туфов новейшей
Сух. ост.
0,3700
0,3240
генерации участвуют по меньшей мере
[Na+ + K+]
0,0010
0,05
0,0113
0,49
два процесса: выпадение из раствора
NH4+
Н.о.
Н.о.
CaCO3 на поверхности растения или в его
Ca2+
0,0842
4,20
0,0641
3,20
полостях и метасоматическое замещение
Mg2+
0,425
3,50
0,0401
3,30
органического вещества кальцитом.
Fe2+
Н.о.
Н.о.
Метасоматические границы выражены
Σкат
7,75
6,99
плавным уменьшением концентраций
кальцита к кровле пласта и возрастанием
Cl0,0247
0,70
0,0150
0,42
концентраций растительной органики
SO420,0120
0,25
0,0100
0,21
в том же направлении. Постепенные
NO3Н.о.
Н.о.
переходы в кровле травертинового
NO2
0,00001
Н.о.
пласта отчетливо видны в шлифах
HCO30,4149
6,80
0,3734
6,12
под микроскопом и подтверждаются
CO32Н.о.
0,0072
0,24
рентгено-фазовым анализом.
PO43Н.о.
36мкг/л
Нередко среди фитоморфоз мха
Σан
7,75
6,99
и водорослей встречаются обломанные
ветки деревьев и случайные предметы
pH
7,25
8,05
О.перм.
0,0001
0,00009
неорганического
происхождения:
H4SiO4
0,0008
0,00010
стеклянные бутылки, их осколки,
Fe(OH)3
Н.о.
Н.о.
стальная проволока и т.д. Эти объекты
H3BO3
0,0002
0,0002
покрыты корочкой карбоната кальция
33
VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
различной толщины. Корочка на упавших древесных ветках имеет толщину от 1 до 4 мм, а на
находящихся рядом стеклянных предметах не превышает 0,5 мм. На стеклянных предметах
корочка чаще гладкая, а на ветках имеет глобулярную поверхность, обусловленную морфологией
цианобактериальных колоний.
Показательно, что если бóльшая часть растительной ткани живых мхов и водорослей
замещена кальцитом, то плотная древесина и даже рыхлая кора опавших (уже мертвых)
древесных веток покрыты коркой, но не несут признаков их замещения карбонатом кальция.
На корнях живых деревьев в очаге современного травертиногенеза, кроме поверхностной
(микробактериальной) корочки, можно видеть (в шлифе) тонкую зону замещения древесной
ткани кальцитом (CaCO3). Эти наблюдения дают основание предполагать, что физиология живых
организмов способствует замещению их тканей минеральным (в данном случае карбонатом
кальция) веществом. Не исключено, что отчасти в этом могут быть повинны цианобактерии,
способные к участию в симбиотических ассоциациях. Общеизвестно, что одни из них являются
симбионтами некоторых мхов, другие живут внутри клеток водорослей и др. Способность
таких цианобактерий-симбионтов к оксигенному фотосинтезу может стимулировать более
интенсивное замещение кальцитом тканей живых растений.
Интенсивность процесса континентального карбонатонакопления зависит от
геологических, геоморфологических, гидрогеологических, климатических и многих
других условий. На примере Ижорского плато показана генетическая связь холодноводного
травертинообразования с этапами тектонической активизации и обусловленной ею
гидрогеологической перестройкой региона. Очаги голоценового (и современного в том
числе) травертинообразования являются природными маркерами разрывных дислокаций. На
относительно молодой возраст этих дизъюнктивов может указывать возраст самих травертинов,
формировавшихся в зонах транспорта газофлюидов (Никитин и др. 2011).
Основным фактором травертинообразования в холодных источниковых водах
Ижорского плато является деятельность специфической автотрофной гидробиоты, живущей в
условиях привноса в среду обитания глубинных CO2, CH4, He, Rn и некоторых других газов и
формирующей брио-альго-цианобактериальные сообщества. Среди таких сообществ заметную
роль выполняют цианобактериальные маты, которые можно представить в виде функционально
многослойной конструкции. На поверхности мата в фотоактивный период кристаллизуется
кальцит, который существенным образом препятствует фотосинтезу, обменным процессам и,
соответственно, росту колоний гидробиоты. Поэтому в процессе роста колонии происходит
периодическое (суточное и сезонное) чередование фототаксиса и латентных этапов. В условиях
умеренных широт (где находится изучаемая площадь) такая периодичность достаточно отчетлива
и усложняется сезонным изменением видового состава доминирующих фотосинтетиков.
Очаги современного формирования травертинов в окрестностях Санкт-Петербурга
являются природными лабораториями для специалистов различных направлений. У
литологов имеется реальная возможность использовать точные методы для познания
законов континентального хемогенного и биохемогенного литогенеза, уточнения факторов
пресноводного карбонатонакопления и совершенствования критериев прогнозирования
месторождений. Палеобиологам эти природные лаборатории открывают уникальную
возможность изучать протекающие на глазах процессы фоссилизации растительных и животных
макро- и микроорганизмов, получать достоверные данные о скорости перекристаллизации
фоссилий и ее влиянии на сохранность структуры органических тканей.
Литература
Колокольцев В.Г., Ауслендер В.Г., Ковалевская Е.О. Современное образование известковых туфов в
Ленинградской области // Региональная геология и металлогения. № 23. СПб.: ВСЕГЕИ, 2005. С. 82–93.
Колокольцев В.Г., Журавлев А.В., Ковалевская Е.О. Абиотические факторы современного
окаменения живых растений в окрестностях Санкт-Петербурга // Биокосные взаимодействия: жизнь и
камень. Материалы III Международного Симпозиума. Санкт-Петербург, 2007. С. 66–69.
Красная книга природы Ленинградской области. СПб., 1999. Т. 1. 309 с.
Никитин М.Ю., Медведева А.А., Максимов Ф.Е. и др. Генезис и геологический возраст
травертиноподобных карбонатов Пудостского массива // Научно-теоретический журнал «Общество.
Среда. Развитие». СПб.: ЦНИТ «Астерион», 2011. С. 231–236.
34