Жмур С.И. Роль цианобактериальной системы в формировании высокоуглеродистых пород

Оглавление

Предисловие

В широком ряду задач, решаемых геологической и биологической науками, немаловажное место занимает проблема происхождения высокоуглеродистых пород сапропелевого ряда (горючие и черные сланцы, графиты), широко представленных в докембрийско-фанерозойской истории Земли. Для геологической науки расшифровка их генезиса дает возможность более определенно познать специфику отдельных геологических эпох, в которых они являют собой глобальную компоненту. С позиций геологической практики эти знания нужны для расшифровки причинной связи образования в них металлического оруденения, в том числе и благородными металлами, а также для решения стержневого вопроса происхождения нефти – установления природы материнского ее вещества. Для биологической науки в этой проблеме особый интерес представляют наиболее древние высокоуглеродистые породы как возможные носители следов биосферы на начальных этапах становления Земли, что важно для эволюционных построений.

Разрешение вопросов генезиса этих пород сталкивалось со сложностью познания природы заключенного в них углеродистого материала. Согласно общепринятой точке зрения его источником является планктон, хотя она не нашла своего полного подтверждения ни с позиций конкретной аргументации по объектам, ни с позиций эволюционного развития планктона. С позиций планктогенной гипотезы оказалось трудным объяснить происхождение высокоуглеродистых пород докембрия, что порождало представления об абиогенной природе заключенного в них данного материала.

Появление высокоразрешающей электронной микроскопии, дававшей возможность провести палеомикробиологический анализ всех типов пород независимо от степени их метаморфизма, и успехи микробиологических исследований современных и древних цианобактериальных бентосных систем (матов), показавшие широкое участие этой биологической системы в формировании на протяжении практически всей геологической истории Земли строматолитов, привело к предположению о реальности выдвижения альтернативной бентогенной гипотезы источника органического вещества интересующих нас пород.

Цианобактериальная бентосная система – наиболее древняя на Земле и проходит через всю ее геологическую историю, формируя строматолиты. Древнейшие из них (3,5 млрд лет) – кремнистые сланцы Варравуна в Австралии и углеродистые кремнистые сланцы группы Онвервахт в Ю.Африке (Lowe, 1980; Knoll, Barghorn, 1977; Awramik, 1984), наиболее молодые залегают в современных отложениях (Knoll, Awramik, 1976 и др.). Она обладают высокой продуктивностью – от 2,5–4,5 до 8–10 г в сутки на один квадратный метр. Интенсивность нарастания биомассы находит свое отражение в количестве заключенного в ней хлорофилла "а", которое не уступает, а иногда и превосходит его плотность в листовой пластинке (Герасименко, Заварзин, 1993). К тому же цианобактериальные маты обладают максимальной приспособленностью для захоронения вырабатываемой ею же биомассы в силу придонного их расположения в водоеме и быстрой минерализации (литификации) составлявших его микроорганизмов, благодаря чему практически не существует временного разрыва между выходом организмов из биосферы и моментом, когда они становились частью литосферы.

И что весьма важно с позиции системы–источника органического вещества, она была максимально консервативна. Консервативность поддерживалась за счет объединения в трофической цепи цианобактериальных матов и продуктивной и деструктивной ветви. Первая их них располагается на поверхности осадка, где цианобактерии* могли осуществлять оксигенный фотосинтез, а вторая в осадке, где происходило разложение биомассы продуктивной зоны конкурировавшими между собой сульфатредукторами и метаногенами. Возможность сообщества перерабатывать выработанную им же биомассу приводило к постоянному и эффективному круговороту органических компонентов в его пределах и соответственно к сохранению его организации.

Области обитания сообщества тяготеют к границе суша-водоем, где в пределах эвфотической зоны (до 50–60) организмы-доминанты могли осуществлять интенсивный фотосинтез, тяготевшей к границе суша-водоем, где в пределах эвфотической зоны (до 50–60). В современных условиях цианобактериальные маты пользуются развитием в наземных и подводных гидротермах, литорали и сублиторали открытых морей, морей-заливов или проливов, отшнурованных от моря лагунах или пересыхающих водоемах с высокой соленостью и щелочностью – маршах и озерах. К этим же областям тяготеет и развитие высокоуглеродистых пород.

Узкие ареалы развития цианобактериального мата и его консервативность по существу явились ключевым моментом в сохранении эндемичности форм микроорганизмов во времени и присущей им морфологии. В литературе уже не раз сообщалось, что по высоте морфологической организации микроорганизмы докембрийских и фанерозойских матов не уступают современным (Заварзин, 1984, Shopf, 1983). И это могло быть еще одним положительным моментом при разработке бентогенной идеи, так как позволяло с большей долей достоверности определять морфотип того или иного бактериального остатка в случае его обнаружения в породе.

Для подтверждения бентогенной гипотезы палеомикробиологическому анализу были подвергнуты объекты, расположенные на Русской и Сибирской платформах и обрамляющих их складчатых сооружениях. Докембрийские объекты были представлены раннеархейскими графитами Алданского щита, раннепротерозойскими шунгитами Балтийского щита, тонковолосовидными керитами Украинского кристаллического массива и черными сланцами Курской Магнитной Аномалии (КМА). Из фанерозойских пород этому анализу были подвергнуты куонамские горючие сланцы кембрия Сибири, диктионемовые сланцы и кукерситы ордовика Прибалтийской синеклизы, графиты девона Ботогольсого массива нефелиновых сиенитов, верхнедевонские сланцы доманикового горизонта Приуралья, волжские сланцы поздней юры востока Русской платформы и баженовские "аргиллиты" запада Сибирской платформы, палеогеновые и неогеновые горючие сланцы, юго-восточного погружения Главного Кавказского хребта. Эти исследования показали справедливость выдвинутого предположения.

Полученный результат вполне естественно поставил вопрос о возможности участия данной экологической системы в формировании самых древних углеродистых пород околосолнечного пространства – углеродистых хондритов. Оптимизм в возможности выявления в углеродистых хондритах литифицированных остатков их организмов основывался не только на древности цианобактериальной системы и ее универсальности в формировании высокоуглеродистых пород, но и на присутствии в этих породах называемых "организованных форм" возможного биогенного происхождения, на существующих представлениях о том, что они несут в себе почти неизмененную запись крайне примитивного составляющего их вещества. И еще на приобретенном опыте палеомикробиологического анализа высокоуглеродистых пород, в том числе и считавшихся классическими примерами эндогенного проявления углерода. Полученный и в этом случае положительный результат (объектами исследования послужил материал углеродистых метеоритов Мурчисон, Ефремовка и Альенде) стал побудительным моментом обращения и к материалу лунного грунта (реголита). С этой целью были проанализированы микрофотографии частичек реголита, опубликованные в специально изданном на этот счет Атласе (Атлас..., 1979), что вполне определенно показало наличие в нем отдельных минерализованных бактериальных форм.

Древнейший возраст цианобактериальной бентосной системы, близко отстоящий от возраста зарождения планет Солнечной системы, возможная генетическая связь живого материала Земли с древнейшим палеобиогенным веществом околосолнечного пространства делало весьма актуальным и построение модели (гипотезы) зарождения цианобактериальной бентосной системы, начиная от зарождения жизни как таковой.

Все приведенное выше и легло в основу представляемой работы, имеющей цель показать роль цианобактериальных матов в формировании высокоуглеродистых пород, начиная с момента зарождения самой этой системы.

Автор искренне благодарен за обсуждение работы В.И.Дуде и Л.М.Герасименко, которая еще и любезно предоставила микрофотографии организмов современных цианобактериальных матов, а также благодарит В.М.Горленко, А.Ю.Розанова, Б.А.Соколова, А.А.Мигдисова, А.Ю.Лейн, В.Е.Закруткина за поддержку в проведении исследований.

Об авторе

Доктор геолого-минералогических наук. Работал в области познания источника органического вещества морских и гидротермальных высокоуглеродистых пород (горючих и черных сланцев, графитов, шунгитов, волосовидных керитов) и поиска свидетельств биогенной природы углеродистого вещества метеоритов. Участник многих совещаний по данной тематике, в том числе на Международных симпозиумах по проблемам астробиологии.