3. Главные факторы фоссилизации (минерализации) органических остатков

Третий этап, завершающий цикл процессов образования местонахождений наземной фауны, заключается в превращении органических остатков в минеральные образования, находящиеся в равновесии с совокупностью минералов вмещающей остатки породы. Если второй этап формирования местонахождений — захоронение — неразрывно связан с процессом накопления рыхлых осадков, то рассматриваемый третий этап — фоссилизации — также тесно связан с процессом литификации (диагенеза и сингенеза) породы. Изученность процессов литификации в высшей степени неполна и поэтому ход процесса превращения рыхлого осадка в твердую осадочную породу, в особенности на ранних стадиях диагенеза, еще совершенно темен.

В этом отношении большую помощь осадочной петрографии могут принести детальные исследования над фоссилизацией органических остатков, столь необходимые для тафономии. Вскрывая сущность и характер метасоматоза органических веществ в скелетных остатках, мы тем самым выясняем и основные черты процесса минерализации самой породы, вмещающей органические остатки. Наличие в породе органических остатков, являющихся индикаторами степени и характера минерализации породы, очень важно для изучения процессов литогенеза. Для примера приведем известные осадки, считающиеся не подвергавшимися минерализации, но содержащие минерализованные органические остатки. Таковы совершенно пластические синие глины кембрия Ленинградской области, содержащие полностью минерализованные животные остатки, или рыхлые пермские пески бассейна Камы и Волги, содержащие прекрасно минерализованные кости наземных позвоночных. Равным образом, все процессы последующего эпигенеза осадочной породы (выщелачивание, вторичная цементация и т. д.) неминуемо должны отразиться на заключенных в породе крупных органических остатках в виде разъедания поверхности, вторичного окремнения, натеков, заполнения поздних трещин и т. п. На основании великолепной сохранности костей позвоночных в некоторых пермских породах Татреспублики приходится отвергнуть мнение Л.И. Миропольского, считавшего, что они подверглись вторичному выщелачиванию.

В общем анализе процессов фоссилизации весьма большое значение имеет закон физико-химической наследственности осадочных пород, предложенный Л.В. Пустоваловым. Согласно этому закону, во всякой осадочной породе, составленной из первичных сингенетических компонентов, продолжают существовать физико-химические условия, близкие к условиям момента формирования осадочной породы. Этот закон оправдывается множеством примеров прекрасной сохранности животных остатков в древних породах и ограничивает возможность предположения о широком распространении позднейших метасоматических процессов в осадочных породах. Физико-химическая наследственность осадочных пород дает возможность конкретного анализа хода процессов фоссилизации в каждом отдельном случае путем восстановления физико-химических условий сингенеза породы.

Среди большого количества факторов, определяющих прочную фоссилизации) захороненных органических остатков, можно выделить следующие основные:

а) Скорость минерализации органических остатков (литификации) и породы, достаточная для предупреждения растворения или других способов деструкции захороненных остатков.

б) Отсутствие влияния субаэральных реагентов, определяющееся достаточно глубоким расположением подвергающегося литификации осадка. При расположении органических остатков в поверхностных зонах накопленного осадка и под тонким слоем воды возможна быстрая деструкция остатков при энергичной инсоляции в зависимости от величины pH и последующем окислении. Очевидно, что в этом случае большое значение имеет и климат места захоронения.

в) Общее состояние (свежесть) остатков в момент захоронения. Сильно разрушившиеся, подвергшиеся инсоляции и выветриванию остатки, особенно животных, содержат значительно меньшее количество органического вещества, чем остатки, попавшие в захоронение в виде трупов или свежих, не выветренных костей. Большое содержание органического вещества часто способствует скорости и полноте минерализации остатков, усиливая соответствующие химические реакции внутри формирующейся породы.

г) Степень уплотнения жидких осадков с захороненной в них флорой и фауной. Уплотнение осадков, всегда сопутствующее литификации в нормальных средних случаях, приводит к деформации ископаемых остатков, в особенности животных. Сильная степень уплотнения осадка ведет к полной деструкции объектов, превращающихся в тонкие прослойки, сохраняющие лишь общее сходство микроскопического строения с первичным костным, хитиновым или известковым веществом скелетного остатка. Характер деформации ископаемых остатков нередко показывает скорость фоссилизации остатков относительно скорости литификации вмещающей породы. Деформации ископаемых костей, с разломами и сдвигами отдельных частей относительно других, указывают на большею скорость фоссилизации, в основном закончившейся до полной литификации породы. Пластические деформации, расплющивание и растягивание костей, без нарушения сплошности, служат доказательством медленной фоссилизации, не обогнавшей литификацию породы.

д) Характер породы, вмещающей захороненные остатки. Грубозернистые осадки не только обусловливают истирание органических остатков во время захоронения, но и в процессах литификации способствуют деструкции тонких и нежных органических остатков. Исследования Пейна (Paine 1937) показали, что сохранность ископаемой кости зависит прежде всего от вмещающей породы. Влияние геологического возраста устанавливается лишь на породах одного типа, но отнюдь не в общем порядке. Например, кость в грубом пермском песчанике сильнее изменена, чем в третичном конгломерате. В девонском тонкозернистом сланце сохранность кости и органического вещества в ней значительно лучше, чем в указанных выше примерах. В очень многих случаях в кости сохраняется бесструктурный коллофан. Химические осадки типа галогенных солей, гипсов или доломитов обычно совсем не сохраняют попадающие в них органические остатки, нацело разрушая органическое вещество без замещения его минеральными солями.

е) Характер цемента (вернее — сингенетичных выделений) осадочной породы, определяемый составом и концентрацией минеральных растворов в период литификации жидких осадков. Достаточная концентрация минеральных солей в жидком осадке обеспечивает быструю и прочную минерализацию костей или других органических остатков. Наоборот, бедность минеральными солями ведет к медленной фоссилизации и цементации породы, благодаря чему возникает возможность последующего разрушения слабо минерализованных остатков или их разрушения в процессах уплотнения и дегидратации жидкого осадка.

ж) Общий характер осадка и его судьбы в процессах диагенеза, позволяющие осадку сохранить почти не литифицированный облик несмотря на очень большую древность отложения, как, например, уже упоминавшиеся кембрийские синие глины, нижнесилурийские и пермские пески и т. д. Процессы диагенеза этих пород еще совсем не исследованы, но во всяком случае подобные осадки сохраняют в великолепном состоянии хорошо минерализованные остатки фауны и флоры.

з) Вторичные процессы внутри вмещающих остатки пород местонахождений. Эти процессы могут вести к полному растворению минерализованных остатков фауны и флоры, но могут в более редких случаях приводить к еще более сильной минерализации путем метасоматоза. Таковы случаи вторичного окремнения, ожелезнения, омарганцевания и других форм вторичной минерализации органических остатков.

Рис. 33. Выборочность захоронения по фоссилизации

Рис. 33. Выборочность захоронения по фоссилизации

Вышеизложенные факторы, определяющие в общих чертах характер фоссилизации захороненных остатков наземной флоры и фауны, являются вместе с тем и отбирающими факторами третьего этапа образования местонахождений (рис. 33). Каждый из факторов образует как бы решетку, пропускающую в дальнейшую фоссилизации) органические остатки одного типа и уничтожающую остатки другого типа. Из изложенного выше очевидно, что замедленная скорость литификации может привести к уничтожению всей захороненной фауны и флоры, но может и отобрать, сохранив, наиболее поздно захороненные остатки. В случае постепенного накопления остатков животных водными потоками или другими факторами (зыбучие пески, болота) в области захоронения фактор скорости фоссилизации может иметь важное отбирающее значение, сохранив в составе фауны местонахождения наиболее поздно захороненные остатки. В большинстве случаев описываемый фактор имеет универсальное значение. Второй фактор — влияние субаэральных реагентов (климат места захоронения) — может иметь значение для отсекания органических остатков в верхней зоне местонахождения, отложенных наиболее поздно, в конце этапа захоронения. Если окончание этапа захоронения происходит вследствие убывания силы транспортирующего потока, как, например, в конце паводков, то при помощи этого фактора могут быть выборочно уничтожены (особенно со спадом воды) наиболее мелкие формы захороняемой фауны. Эти формы, ранее выносившиеся при больших скоростях потока, должны отлагаться при падении его скорости в верхних слоях отложенных осадков и могут подвергнуться деструкции, выборочно уничтожившей мелких представителей захороненной фауны. Очень важным фактором выборочности по фоссилизации является свежесть органических остатков. В любом скоплении остатков, подвергающихся захоронению и фоссилизации, могут быть остатки разной степени разложения, разное время пробывшие в условиях субаэрального выветривания. Фоссилизации может охватить свежие остатки, оставив более разложившиеся, с малым количеством органического вещества, остатки, плохо или совсем не минерализованные. В дальнейшем бытие осадочных пород плохо фоссилизованные остатки в большинстве случаев уничтожаются. Как правило, выморочность по свежести остатков имеет значение для отбора адаптаций захороненных форм. Остатки форм, обитавших в удаленных от зоны захоронения ареалах, в огромном большинстве случаев попадут в осадок менее свежими, чем остатки форм, близких к области захоронения и седиментации. Поэтому в образовании местонахождений часто имеет место отсекание форм из удаленных ареалов обитания путем выборочности по фоссилизации. Другие факторы выборочности третьего этапа образования местонахождений не столь значительны и проявляются в частных случаях процессов литификации. Зерно породы, степень уплотнения осадков, характер и насыщенность сингенетичных выделений, равно как и позднейшие процессы выщелачивания имеют универсальное значение для фоссилизованных остатков. Однако в некоторых случаях повышенная крупность зерна породы может определить сохранение крупных остатков (кости) с выборочной деструкцией мелких (насекомые, растения). Сильное уплотнение осадка при крайнем своем выражении может вызвать деструкцию, наоборот, крупных объектов, сохранив мелкие и особенно плоские (листья, крылья насекомых). Состав сингенетичных выделений породы и степень их насыщенности в период диагенеза определяет, в случае бедности минеральными солями, деструкцию выветрелых органических остатков при удовлетворительной сохранности свежих. В этих же условиях подвергаются разрушению растительные остатки и раковины, в то время как более сильно влияющие химически на цементацию животные остатки сохраняются. Процессы выщелачивания при более слабом своем выражении могут определить выборочность деструкции слабо минерализованных или мелких остатков, сохранив крупные или хорошо минерализованные.

Совокупность факторов фоссилизации безусловно влияет на состав фауны в местонахождении, окончательно определяя его в третьем заключительном этапе генетического цикла местонахождения. Поэтому для тафономии важно изучение процессов фоссилизации как одного из основных факторов, определяющих неполноту геологической летописи.