X. СОБЫТИЙНАЯ СТРАТИГРАФИЯ

Событийно-стратиграфическая методика как особое направление междисциплинарных исследований, нацеленных на детальную корреляцию осадочных толщ, возникла в начале 70-х годов. Однако необходимо отметить, что задолго до этого событийный анализ был использован для фиксации фаунистических и фациальных изменений, которые были положены в основу первоначального разграничения геологических систем, отделов и ярусов. Также и комплексная характеристика стратонов в целом была обычна в геологической практике, а в отечественных стратиграфических работах принималась как обязательное требование (Стратиграфическая классификация и терминология, 1956, 1960; Стратиграфический кодекс, 1977, 1992). В то же время недостаточно внимания обращалось на точность биостратиграфических датировок границ стратонов и их синхронизацию при сопоставлении разрезов. Поэтому многие десятилетия определение и корреляция границ и составляющих их подразделений за пределами стратотипических площадей были предметом постоянных дискуссий. В особенности это касалось проблемы их одновозрастности при проведении региональной и межрегиональной стратиграфической корреляции.

В результате исследований большой группы специалистов по проекту 216 «Глобальные биологические события в истории Земли» Программы международной геологической корреляции (руководитель — проф. О.Г.Валлизер, ФРГ), проводившихся с 1984 г., выявлена и охарактеризована последовательность глобальных событийных уровней разного масштаба для осадочных толщ фанерозоя (Walliser/ed., 1986, 1995).

Первые попытки отразить событийность в развитии седиментогенеза и эволюции фауны в фанерозойских отложениях России и смежных территорий были сделаны при составлении заключительного тома издания по геологическому строению и минерагении СССР (Геологическое строение..., 1989). В последние годы опубликован ряд работ методического направления, основанных на изучении разных интервалов нижнего палеозоя и квартера (Корень, ред., 1998; Веймарн и др., 1998).

История развития Земли имеет непрерывно-прерывистый характер и представляет собой периоды относительно стабильных условий, сменяющихся эпизодами быстрых изменений. Эти изменения могут быть периодическими, связанными с воздействиями Солнечной системы, либо экстраординарными или эпизодическими событиями.

Событие(event — случай, результат, происшествие) определяется как кратковременное, часто катастрофическое прекращение непрерывности какого-либо геологического процесса. Временной интервал события значительно короче предшествовавшего и последующего периодов относительно стабильного развития или медленных изменений литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. По своей природе различаются абиотические и биотические события, по пространственному проявлению — глобальные и региональные. Глобальные события важны для понимания истории Земли и планетарной корреляции, тогда как региональные используются в расчленении осадочных толщ и их корреляции на конкретных территориях.

Событийная стратиграфия (event stratigraphy), или стратиграфия по событиям, имеет своей целью изучение событий, документируемых в разрезах, и их использование в качестве опорных хронологических рубежей для совершенствования временной корреляции осадочных толщ. В строгом смысле слова она не является самостоятельной «стратиграфией», так как в ее задачи не входит выяснение пространственно-временных соотношений толщ пород. Она представляет собой метод мультидисциплинарных стратиграфических исследований осадочных и вулканогенно-осадочных комплексов верхнего докембрия и фанерозоя, направленных на изучение свойств пород, характера строения толщ, состава и разнообразия биоты на рубежах критических изменений или в событийных интервалах. Однако понятие «глобальная событийная стратиграфия», а чаще просто «событийная стратиграфия», широко вошло в литературу и используется в международной геологической практике. Событийная стратиграфия основана на концепции существования глобальных синхронных событий. Многие из этих событий приурочены к границам подразделений общей стратиграфической шкалы, и с начала ее становления были распознаны как крупные региональные перестройки.

Выявление последовательности событийно-стратиграфических уровней для геологического региона или палеобассейна в целом опирается на весь комплекс литологических, седиментологических и биостратиграфических методов. Практическая ценность событийного подхода при расчленении и корреляции региональных и местных стратонов очевидна. Последовательность событийных уровней представляет собой опорный каркас любых геологических построений и служит основой для определения и ранжирования переломных рубежей в истории геологического развития изучаемой территории.

Глобальные события.

Глобальное событие в отличие от процесса — это всегда глубокое и относительно кратковременное изменение. Термин «глобальное» используется в том случае, если событие (абиотическое или биотическое) проявляется синхронно на разных палеоконтинентах (в сравнимых палеогеографических обстановках) и прослеживается в пределах биостратиграфической зоны (Walliser / ed., 1995). Среди множества событий и явлений выбираются те, которые в силу своей кратковременности и значительности ярко выделяются в разрезах при полевых наблюдениях и подтверждаются в результате последующих лабораторных исследований. Одно и то же событие может распознаваться по резким изменениям разных признаков: литологических, седиментологических, биотических, химических и др. Такие события или выделяемые по ним событийные уровни служат основными реперами межконтинентальных корреляций и распознавания большинства границ отделов и многих ярусов общей стратиграфической шкалы.

К настоящему времени хронологическая последовательность в фанерозое включает около 60 глобальных событий различной значимости, которые в качестве хорошо датированных уровней могут быть использованы для точной корреляции. Среди них наиболее крупные или великие, как их часто называют, — события в конце докембрия, томмотского века кембрия, ордовика, франского века, девона, перми, триаса и мела, к которым приурочены массовые вымирания биоты. Эти события классифицируют как события первого порядка. Всего же по степени значимости событий условно выделяется пять категорий или порядков.

Последовательность глобальных событийных уровней фанерозоя часто называют событийно-стратиграфической шкалой. В формальном смысле она таковой не является, поскольку не имеет собственных событийно-стратиграфических подразделений. В этом плане ее можно сравнить с магнитостратиграфической шкалой, основанной на событиях смены магнитной полярности. Различаются две основные группы событий: абиотические и биотические.

Глобальные абиотические события фиксируются в стратиграфических разрезах по изменениям вещественного состава, структуры, текстуры, химических, физических и других седиментологических характеристик пород, по содержанию изотопов кислорода, углерода и серы, по проявлению продуктов эксплозивной вулканической деятельности. Иногда внезапные и резкие абиотические изменения, связанные с процессами, происходящими в земной коре, называются геологическими событиями.

К основным причинам абиотических событий относят особо значительные изменения уровня Мирового океана и климата, с которыми тесно связаны химические и физические свойства морской воды, поверхности Земли и атмосферы, приводящие к изменениям характера седиментации, биопродуктивности и эволюции биоты. Причинно-следственные взаимоотношения глобальных абиотических процессов и результирующих событий чрезвычайно сложны (рис. 10.1). Их последовательное или одновременное проявление воздействует на биоту и часто приводит к массовым вымираниям фауны и флоры.

Эвстатические изменения уровня Мирового океана, обусловленные климатическими изменениями, глубинными тектоническими процессами и другими причинами, приводят к глобальным регрессиям и трансгрессиям. В настоящее время на основе изучения разрезов крупных кратонов кривые изменения уровня моря реконструированы с большей или меньшей степенью достоверности практически для всех периодов фанерозоя. Седиментоло-гические маркеры этих событий фиксируются в шельфовых и реже в пелагических фациях в виде перерывов, внезапных и отчетливых изменений литофаций (тип и состав пород, окраска и другие признаки).

Примеры.Крупные регрессивные события в среднем карбоне (поздний серпухов) и в конце перми.

Климатические события обычно являются следствием длительных, наложенных друг на друга процессов: эвстатических колебаний, образования срединно-океанических хребтов, перестроек систем океанических течений, изменения физико-химических свойств и глобального понижения температуры морской воды. В свою очередь они вызывают изменения таких океанографических параметров, как стратификация вод, колебания уровня бескислородного слоя, вертикальные конвекции и системы океанических течений, формирующих и меняющих вещественный состав и «органическое наполнение» осадочных толщ. Наиболее ярко выражены крупные гляциоэвстатические события, когда понижение глобальных температур приводит к крупным материковым оледенениям.

Пример.Глобальное гляциоэвстатическое событие и крупная регрессия в конце ордовика (поздний ашгилл).

Геохимические события выражаются в накоплении повышенных концентраций иридия, смене позитивных и негативных содержаний δ¹³С, δ¹⁸О, δ³⁴S и ⁸⁷S/⁸⁶S. С ними связаны океанические бескислородные события и изменения океанической биопродуктивности. В фанерозое устанавливается более 60 глобальных уровней резких изотопных изменений, которые позволяют осуществлять удаленные корреляции (Holzer et al. in Walliser / ed., 1995).

Пример.Маломощный глинистый горизонт на грани­це мела и палеогена, в котором установлены изотопные аномалии иридия, углерода и кислорода во многих разрезах морских и континентальных толщ на разных континентах и в океанах (Веймарн и др., 1998).

Океанографические события связаны с нарушением океанической циркуляции и колебаниями уровня бескислородного слоя в толще воды. Они приводят к кратковременному, но глобально распознаваемому формированию прослоев черного сланца или темноцветных известняков в ассоциации с черным сланцем (мощность первые десятки сантиметров) среди более светлых карбонатных пород. Обычно их присутствие распознается в гемипелагических фациях, реже в более мелководных шельфовых обстановках. В этих прослоях фиксируются аномальные содержания стабильных изотопов углерода, кислорода и серы.

Примеры.Событие otomari в конце эйфеля, характеризующееся внезапным распространением черносланцевой седиментации на шельфы, и кратковременное черносланцевое событие Кельвассер на границе франа и фамена, выраженное в виде глобально распознаваемого маломощного прослоя черного сланца в неритовых и пелагических фациях.

К глобальным биологическим или биотическим событиям относятся все внезапные или катастрофические события, затрагивающие биоту в границах определенного таксона (класса, отряда, семейства и др.), одной или нескольких групп организмов, а также палеоэкосистем в целом или их крупных частей. Биологическими обычно называются события, связанные с изменением таксономического состава организмов, к которым относятся события вымирания, появления морфологических структур и радиации. Перестройки в составе и структуре палеоэкоси­стем чаще классифицируются как биотические события. Однако такое разграничение терминов, особенно в западной литературе, по событийной стратиграфии не всегда соблюдается. Очень часто используется обобщенный термин «биособытие» (bioevent), смысл которого ясен только в определенном контексте.

Постепенное снижение биоразнообразия, происходящее в течение более длительного времени, когда скорость вымирания таксонов превышает скорость их появления, обычно определяется термином «кризис».

Примеры.Позднепермская и позднемеловая регрессии и массовые вымирания биоты.

Обычно глобальное биособытие вызывается сложным комплексом абиотических изменений, накладывающихся и усиливающих друг друга и влияющих на биотопы (рисунок). Изучение биособытий фанерозоя показало, что основными и часто взаимоувязанными причинами их возникновения являются изменения климата и эвстатические колебания уровня Мирового океана. Эти причины лежат в основе коренных биотических перестроек различного масштаба, они часто затрагивают как морскую, так и наземную биоты. Однако во многих случаях конкретные причины биособытий трудны для реконструкции, особенно если абиотические события не проявляются в седиментологических последовательностях. Известны случаи, когда в монотонных разрезах первоначально распознается биособытие и только после этого устанавливаются малозаметные седиментологические изменения.

Сравнительные масштабы проявлений конкретных биособытий оцениваются по таксономическому рангу вымерших таксонов, а также по статистическим подсчетам общего количества вымерших, выживших и появившихся таксонов или по их процентному соотношению.

При анализе биособытий также учитываются эволюционный уровень и роль в палеоэкосистемах конкретных групп, затронутых событием.

Среди глобальных биологических событий наиболее распространены события массовых вымираний, появления новых морфологических структур и следующие за ними события увеличения разнообразия или радиации организмов.

Глобальные события массовых вымираний, внезапных или ступенчатых по своей природе, обычно затрагивают несколько групп организмов, большую часть или всю биоту. Они происходят со скоростями существенно большими, чем скорости обычных фоновых вымираний в разделяющие их периоды относительно стабильных состояний биоты. Такие события имеют палеоэкологическую или палеоэкосистемную природу.

Не все резкие абиотические события приводят к массовым вымираниям, кроме того выявляется их избирательность по отношению к палеоэкосистемам или палеогеографическим обстановкам. События массовых вымираний могут быть также избирательны по отношению к различным таксонам или экологическим группам организмов.

Пример.На границе мела и палеогена вымерли многие группы и семейства тетрапод, тогда как млекопитающие быстро эволюционировали, и их таксономическое разнообразие непрерывно возрастало.

Обычно массовые вымирания дают начало регулярной эволюционной модели, которая включает следующую последовательность фаз: вымирание, выживание единичных консервативных таксонов и на их основе восстановление разнообразия отдельных групп организмов или биоты в целом.

Пример.Массовые вымирания в составе почти всех групп фауны после крупного гляциоэвстатического события в позднем ашгилле (событие pacificus), выживание единичных консервативных таксонов на рубеже ордовика и силура и последующие радиации планктонных и бентосных групп на ранних стадиях обширной раннесилурийской трансгрессии (начало лландовери), сопровождавшейся потеплением климата.

Глобальное биологическое событие, выраженное в появлении морфологического новшества, означает введение нового структурного плана или нового морфологического признака, на основе которого происходят диверсификация и дальнейшая эволюция таксона.

Примеры.Появление планктонных дендроидей на смену бентосным формам в начале ордовика или свертывание раковины цефалопод в конце раннего девона. Оба события обусловили дальнейшее экспансивное развитие и эволюцию, в первом случае — планктонных граптолоидей, во втором — аммонитов.

Глобальные события диверсификации или радиации обычно происходят ступенчато и следуют за массовыми вымираниями. Однако по сравнению с последними возникновение новых таксонов и их расселение в освободившихся экологических нишах происходят в более продолжительные отрезки времени. События радиации также могут быть обусловлены морфологическими инновациями, возникшими до или в период массовых вымираний. В таких случаях интервал между появлением новой морфологической структуры и радиацией может соответствовать в разрезах одной-трем биостратиграфическим зонам, т. е. нескольким миллионам лет.

Примеры.Появление однорядной колонии монограп-тид среди граптолоидей в зоне persculptus (конец ашгилла), а их первая радиация не ранее чем в зоне vesiculosus (середина нижнего лландовери); среднетурнейская радиация каменноугольных конодонтов после события массового вымирания вблизи границы девона и карбона.

Диверсификации, следующие за биотическими перестройками, вызываются благоприятными для данного таксона изменениями обстановок, а внезапное увеличение разнообразия может также быть результатом событий иммиграции таксонов и следующих за ними эволюционных событий.

Хотя определенных правил наименования глобальных абиотических и биотических событий фанерозоя пока нет, в их названии обычно дается возрастная датировка и/или отражается ведущее абиотическое изменение. В некоторых случаях используется географическое название местности, где данное событие было впервые распознано или описано. События массовых вымираний чаще именуются по видовому названию датирующего их зонального таксона: событие lundgreni в позднем венлоке или событие annulata в позднем фамене. В большинстве случаев крупные абиотические перестройки и связанные с ними массовые вымирания имеют одно и то же географическое или геохронологическое название.

Примеры.Позднеордовикское или позднеашгиллское гляциоэвстатическое событие (=ордовикско-силурийское или событие массового вымирания pacificus); позднефранское черносланцевое событие (=франско-фаменское, или событие Кельвассер); бескислородное событие на границе девона и карбона (=событие Хангенберг); иридиевое или импактное событие на границе мела и палеогена (=позднемеловое событие массового вымирания).

Пример характеристики глобальных биологических событий, распознаваемых в девонских разрезах.

Ниже в качестве примера приводится краткая обобщенная характеристика событий девонского периода как наиболее хорошо изученных и распознаваемых в разрезах (Walliser / ed., 1995).

Событие на границе силура и девона. Событие пятого порядка в кровле граптолитовой зоны Neocolonograptus transgrediens s. str. Вымирание на видовом уровне происходит среди брахиопод, хитинозоа и граптолитов. Также вымирают на этой границе морские эвриптериды и неко­торые трилобиты, включая Illaenidae, приуроченные к-рифам, и большинство представителей Encrinuridae.

Причина — изменения среды, включая седиментоло-гические характеристики.

Событие на границе лохкова и праги. Событие третьего порядка, совпадающее с кровлей темноцветных плитчатых известняков лохкова. Глобальное геологическое событие, распознаваемое по смене лохковских фаунистических ассоциаций пражскими.

Причина — очень быстрое, но незначительное понижение уровня моря.

Раннезлиховское событие. Глобальное событие третьего порядка, распознанное в Богемии на границе злиховской и пражской свит. Уровень не совпадает с пражско-эмской границей, определенной по появлению Polygnathns kitabicus, и началом кратковременной трансгрессии. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы выявить значение и географическую протяженность этих событий.

Среднеэмское событие (Далейское событие, событие gracilis или cancellata). Важное ступенчатое событие третьего порядка, которое связано с постепенным переходом к черносланцевой седиментации в далейское время. Вымирание ранних гониатитов, появившихся в злихове, происходит в основании зон Nowakia elegans и N. cancellata (между верхней частью зоны Ро. gronbergi и зоной Ро. laticostatus). Снижается разнообразие трилобитов и других бентосных групп.

Причина — поднятие уровня моря частично в связи с бескислородным событием.

Событие на границе эмса и Эйфеля (Хотечское событие, или событие jugleri). Событие второго порядка происходит между подошвой зоны Ро. costatus partitus и уровнем появления Pinacites jugleri. Характеризуется незначительной сменой фауны, но литологически хорошо документируется по относительно кратковременному появлению в разрезах темноцветных известняков и сланцев.

Причина — поднятие уровня моря.

Позднеэйфельские события 1 и 2 (Качакское событие, событие otomari). Важное черносланцевое событие с вымираниями второго порядка в основании слоя (1) и третьего порядка в кровле слоя (2). С наступлением черносланцевой седиментации происходит крупная смена конодонтов, характеризующаяся вымиранием многочисленных типично эйфельских таксонов на границе между зонами Tortodus kockelianus и Ро. ensensis. Появляется Nowakia otomari. Верхний уровень вымирания (2) характеризуется вымиранием нескольких родов гониатитов, тогда как каких-либо серьезных изменений в составе конодонтов не наблюдается.

Причина — внезапное наступление бескислородных условий (1) и после значительного интервала времени медленное завершение черносланцевой седиментации (2).

Позднеживетское событие (Таганикское событие, или событие Pharciceras). Событие третьего порядка в основании зоны Schmidtognathus hermanni-Polygnathodus cristatus. Важное ступенчатое биособытие с исчезновением Pinacitidae и большинства представителей Agoniatitidae, за которыми последовала радиация Pharciceratidae. Пик скорости вымирания кораллов и стоматопор приходится на конец зоны Ро. varcus, в то время как массовое вымирание брахиопод происходит в нижней и верхней частях зоны hermanni-cristatus.

Причины — флуктуации уровня моря, начавшиеся с трансгрессивного пульса в конце зоны Ро. varcus.

Событие на границе живета и франа (франское событие, или Manticoceras). Событие третьего порядка в основании зоны Mesotaxis falciovalis. Значительное вымирание гониатитов, когда почти полностью исчезают фарциратиды, высокие скорости вымирания среди брахиопод, кораллов и строматопор.

Причина — внезапное распространение черносланцевой седиментации в связи со значительным подъемом уровня моря после регрессивной фазы.

Позднефранское событие (событие Нижний Кельвассер). Черносланцевое событие незначительно выше основания верхней части зоны Pa. rhenana. Событие вымирания третьего порядка среди трилобитов, гониатитов и других групп, усиление позднефранского кризиса.

Причина — кратковременное черносланцевое событие.

Событие на границе франа и фамена (событие Кельвассер). Событие первого порядка на границе зон Palma-tolepis linguiformis—Pa. triangularis — одно из семи наиболее крупных биособытий фанерозоя. Событие ступенчатого вымирания вслед за длительным позднефранским кризисом. Пики вымираний соответствуют подошве и кровле верхнего горизонта Кельвассер, т. е. интервалу протяженностью в несколько сот тысяч лет. Событие Кельвассер воздействовало на пелагические и неритовые группы фауны.

Причина — внезапное и интенсивное бескислородное событие в течение длительного биотического кризиса. Направление и интенсивность флуктуации уровня моря, возможно, связанных с этим событием, пока не выявлены.

Среднефаменское событие 1 (Кондроское событие). Событие четвертого порядка в подошве и в кровле зоны Praemeroceras petterae или в кровле зоны Palmatolepis rhomboidea. Исчезновение большого количества представителей Тогпоceratidae и Cheiloceratidae.

Причина — окончание черносланцевой седиментации (сланцы Cheiloceras) в связи с началом позднефаменской регрессии.

Среднефаменское событие 2 (Энкебергекое событие). Событие третьего порядка в основании и в кровле зоны Meneceras biferum или в начале зоны Palmatolepis mar-ginifera. Двухступенчатое событие вымирания среди го-ниатитов.

Причины — первая ступень вымирания вызвана кратковременной трансгрессией, вторая — падением уровня моря.

Позднефаменское событие (событие annulata). Событие пятого порядка в зоне Platyelymenia annulata и в верхней части зоны Palmatolepis trachytera. Кратковременное бескислородное событие без заметных вымираний, но приведшее к расцвету нескольких таксонов специализированных аммоноидей и к расширению площадей их обитания.

Событие на границе девона и карбона (Хангенберг-ское событие). Биособытие четвертого порядка в кровле зоны Wocklumeria sphaeroides и приблизительно в верхах средней части зоны Siphonodella praesulcata после длительного биотического кризиса позднего фамена. Почти полное исчезновение гониатитов и клименид среди аммоноидей, значительные вымирания во многих ископаемых группах, особенно среди обитавших в пелагических и гемипелагических обстановках. Событию соответствует четкая литологическая граница между цефалоподовыми известняками фамена и перекрывающими хангенбергскими сланцами. В соответствии с изменением литофаций происходит отчетливая смена конодонтовых биофаций в гемипелагических последовательностях.

Причина — бескислородное событие после длительной позднефаменской регрессии, возможно, вызванное кратковременным трансгрессивно-регрессивным циклом.

Примечание. Условная классификация значимости событий, принятая в заключительной сводке по фанерозою (Walliser / ed., 1985): событие первого порядка — массовые вымирания биоты в ответ на крупные глобальные перестройки экосистем; событие второго порядка — массовое вымирание в одной фаунистической группе наряду с синхронными вымираниями или радиациями среди других организмов; событие третьего порядка — массовое вымирание в одной фаунистической группе или окончательное вымирание на уровне семейства наряду с преобладанием вымирания в других группах; событие четвертого порядка — значительное изменение разнообразия в результате вымирания или появления новой морфологической структуры, по крайней мере на родовом уровне, в составе одной или нескольких фаунистических групп; событие пятого порядка— отчетливое изменение разнообразия без появления новых морфологических структур в одной или нескольких группах.