Биогенные структуры

1. Введение.

      Текстура осадочных образований относится к числу важнейших их признаков, имеющих большое, нередко диагностическое значение для выяснения, как первичной генетической природы осадков различного типа, так и последующих изменений возникших из них осадочных горных пород. Как правильно отмечают Т.А.Лапинская и Б.К.Прошляков, текстуры в значительной степени определяют многие свойства осадочных пород, в том числе их анизотропность – неодинаковые в разных направлениях прочность, фильтрационные способности, сжимаемость и др.

      В общем понимании текстурой осадочной горной породы понимают совокупность таких черт ее внутреннего строения, которые обусловлены пространственным взаимоотношением отдельных компонентов и их ориентировкой по отношению, как к поверхности наслоения, так и к Земле.

      В данной курсовой работе рассмотрим – Биогенные текстуры - текстуры, образованные в процессе жизнедеятельности организмов, обитающих в осадке или на его поверхности. Образование биотурбационных текстур вызывает переработку осадка и изменение первичных поверхностей напластования: нарушается первичная текстура осадка, слои деформируются, смещаются, происходит формирование новых текстур – “биогенных”. При современных исследований термином “биогенные” обозначаются все явления, связанные с животными, обитающими в осадке, с растительностью и теми видами деформаций, которые вызваны их жизненной активностью. Кроме животных, ползающих и плавающих близ дна, многочисленные животные илоеды и зарывающиеся в ил (черви, моллюски) проникают в осадок достаточно глубоко. Они очень сильно нарушают первичную слоистую текстуру, особенно первые, пропускающие через кишечник большую массу ила.[3]

      Любая современная обстановка осадконакопления или отдельные ее зоны обычно характеризуются определенным фаунистическим комплексом или биоценозом. Биологи и палеонтологи рассматривают такие зоны как биофации. После гибели, захоронения и консервации организмов от них остаются:1) твердые части скелетов (раковины, карбонатные или хитиновые части скелета, зубы, чешуя рыб и др.); 2) биотурбационные текстуры; 3) фекальные пеллеты; 4) органическое вещество.

      Из  всех биологических сообществ наиболее важны для характеристики обстановки осадконакопления бентосные организмы. Твердые части скелетов бентосных организмов сохраняются в древних осадках в виде окаменелостей, и поскольку после смерти они не перемещаются, то служат превосходными индикаторами условий осадконакопления. Однако в некоторых случаях даже характерные виды могут не оставлять следов, и тогда биоценоз не соответствует тафоценозу. Но даже и тогда обычно сохраняются адекватные следы биопопуляции, которые можно использовать как биофациальную характеристику области осадконакопления. Отсутствие следов бентосных организмов может также служить индикатором определенных областей осадконакопления. Например, в застойных, анаэробных средах отсутствуют макробентосные организмы, но имеются нектонные и планктонные формы. Кроме того, по окаменелостям можно легко и точно определять морские и неморские осадки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Твердые части скелетов.

      Крупные скелетные остатки организмов в  большинстве случаев находят  в скоплениях. Скопления крупных  остатков эндобионтов обычно встречаются  в районах, где значительные площади подвергались интенсивной эрозии или были эродированы мигрирующими руслами стока, что могло вести к накоплению скелетных остатков. Те из них, которые не переносились течениями, могли образовывать остаточные скопления. Для скопления раковин эпибионтов требуется намного меньшая гидродинамическая энергия, и скопления их раковин обычно встречаются на пляжах вблизи колоний моллюсков (ракушняковые банки и др.) и п руслах в виде донных отложений. В этих местах они подвержены воздействию течений и волн, и поэтому здесь встречается в основном битая ракушка.

      Страатен описывает ракушняковые гряды, заключенные между болотно-озерными отложениями. Мощность и протяженность их обычно незначительны. Они образуются во время шторма, когда вода поднимается выше среднего уровня высоких приливов и раковины моллюсков выносятся в зону прибрежных болот и озер (рис. 1). Процентное содержание битой ракушки здесь достаточно высокое. Такие ракушняковые банки выклиниваются в сторону суши на расстояние нескольких метров.

      Известен  еще один очень интересный случай скопления раковин в приливно-отливной полосе; это скопление Страатен назвал гидробиевыми слоями (рис. 2). Эти слои переполнены раковинами Hydrobia ulvae, кроме того, содержат фораминиферы, растительный детрит, а также двойные створки Cardiu/n edule и Масота balthica. Они встречаются па глубине 20—30 см под поверхностью затопляемой приливами низины.

      Рис. 1. Скопления        раковин, принесенных штормовыми волнами в зону прибрежных болот

      Рис. 2. Слои с Hydrobia в приливно-отливной полосе Северного моря.   Ракушечный   горизонт.   Переработан песчаным червем. По Ван Страатену  [van   Straaten,1964а] 

 Происхождение их приписывается жизнедеятельности песчаного червя Arenicola, который заглатывает песок на глубине 20—30 см ниже поверхности и после извлечения из него питательных компонентов с силой выбрасывает песок на поверхность. Поскольку раковины не перерабатывались, они образовали скопления на нижней границе U-образных ходов червя Arenicola.  
 

Рис. 3. Скопления раковин (в основном Масота), образованные птицами вблизи песчаных дюн. Приливно-отливная полоса Северного моря. Фото Гёте [F. Goethe] 

      Такие   слои   с Hydrobia мощностью всего в несколько сантиметров широко распространены на всем затопляемом приливами побережье Северного моря.

      Гёте описывает скопления раковин, образованные птицами на песках в приливной зоне и особенно часто возле дюн. Эти кучные скопления раковин образовали самцы чаек, которые приносят живых Саг-dium, Масота и Mythilus своим подругам (рис. 3).

      Зейлахер  предложил классифицировать скопления ископаемых организмов, прежде всего по происхождению и форме скоплений. В табл.1 приведены основные подразделения этой классификации.

      Табл.1

      Классификация скоплений ископаемых организмов. По Зейлахеру.

 1. Обогащенные скопления(Konzentrat-Lagerstotlen)

 Обогащены разрозненными скелетными частями организмов:

 а) конденсированные скопления. Обогащение 
скелетными остатками в результате низкой 
скорости или отсутствия осаждения неорганического обломочного материала (например, уплотненные горизонты);

 б) разрозненные скопления. Концентрация скелетных остатков обусловлена процессами сортировки среды осадконакопления (например, 
скопления костей в донных отложениях русел);

 в) скопления в ловушках. Аккумуляция происходит в результате заполнения пустот (например, выполнение трещин, ходов зарывания).

 2. Законсервированные скопления (Konservat-Lagerstatten). Характеризуются сохранностью органического вещества и, как правило, полной сохранностью скелетных частей организмов:

 а) застойные условия отложения. Осаждение и 
концентрация ископаемых организмов в сапропелевых осадках. Уровень вод выше поверхности осадконакопления; анаэробная среда осадконакопления (например, черные сланцы, литографские известняки);

 б) отложения обрушения. Быстрое захоронение 
скелетных остатков в восстановительной обстановке—   сапропелевые фации (например, Нunsriickschifer);

 в) лопушки консервации. Быстрое захоронение и 
погружение, в консервационную среду или 
в полости (например, янтарь, торф). 

      Раковины  не обязательно образуют скопления в виде ракушняковых слоев. Если раковины различных биоценов перемешаны, то это случай танатоценоза. Часто раковины оставлены на месте обитания животного или вблизи него. В этом случае окаменелости имеют автохтонное происхождение и представляют собой тафоценоз, соответствующий биоценозу.

      В результате изучения прибрежных осадков  современных обстановок осадконакопления установлено, что тафоценоз зон, расположенных ниже границы активности волн, в общем точно соответствует сообществам живых организмов, или биоценозу. Однако скелетные остатки биоценоза, находящиеся выше зоны прибоя, всегда перемешаны, и тафоценоз в этом случае только частично соответствует биоценозу. Этот вопрос рассматривался Хертвеком для прибрежных осадков залива Гаэта у берегов Италии.

      Если  раковина транспортировалась недалеко, то могут сохраниться соединенными створки раковины. Иногда живые организмы, перемещаясь, выходят за пределы, места обитания и скапливаются вблизи него. После их смерти остаются скопления неразрозненных створок. Такого типа скопления раковин Cardiutn часто встречаются на заливаемой приливами низине.

      В другом случае обе створки после  быстрого разложения замковой связки разъединяются, и если форма или размеры их различные (что особенно характерно   для   связкозубых двустворчатых моллюсков), то створки рассортируются при транспортировке. Примером такой сортировки створок раковин в процессе транспортировки могут служить скопления мидии My a arenaria в приливно-отливной полосе Северного моря.

      Относительно ориентировки раковин в процессе седиментации существуют различные точки зрения. Рихтер считает, что в проточной воде от 80 до 90% раковин ориентированы выпуклой стороной вверх, т. е. находятся в гидродинамически устойчивом положении. Он подтверждает это положение несколькими примерами на окаменелых остатках. Исключением из этого правила служат раковины зоны прибоя песчаных пляжей, на что в дальнейшем обращает внимание Рихтер. В зоне прибоя большее число раковин ориентировано выпуклой стороной вниз. Кроме того, у раковин, встречающихся в прослое с крупномасштабной рябью, также процент створок, ориентированных выпуклой стороной вверх, меньший, так как при перекатывании ряби раковины скатываются вниз по поверхности скатывания ряби, а это исключает предпочтительную ориентировку.

      Однако  Эмери отмечает предпочтительную ориентировку выпуклой стороной вниз для многих створок моллюсков в обстановках мелководных морей и континентального шельфа. Наблюдениями, выполненными с научной подводной лодки «Олвин», а также подводными фотографиями подтверждено, что около 90% изученных им раковин ориентированы выпуклой стороной вниз. Эмери считает, что причина ориентировки раковин выпуклой стороной вниз на континентальных шельфах связана с образом жизни плотоядных и падалеядных животных. После того, как мягкое тело животного съедено, раковины остаются на месте, и когда связка разлагается, створки распадаются и остаются лежать друг возле друга выпуклой стороной вниз. Блюдцеобразная форма раковин также сказывается на предпочтительной ориентировке выпуклой стороной вниз, если донные осадки бассейна беспорядочно перемешиваются крупными зарывающимися животными. Расположение раковин моллюсков выпуклой стороной вниз на континентальном шельфе — точный признак слабых течений. Эмери приводит примеры ориентировки раковин в зоне прибоя, где до 80% раковин расположены   выпуклой стороной вверх.

      Особый  случай представляют собой вертикально ориентированные створки. Согласно Мию, такая ориентировка возникает на пляжах под воздействием наката и последующего оттока течения в случае, если из-за небольших неровностей поверхности раковины сохраняют вертикальное положение. Авторами установлено, что такие вертикально ориентированные раковины, кроме того, наблюдаются на заливаемых приливами равнинах, куда уже не достигают накат и отток, но имеют место приливно-отливные течения.

      На  песках, расположенных над уровнем  максимальных приливов, где часто  встречаются скопления раковин моллюсков, обычная их ориентировка — выпуклой стороной вверх. Однако Вундерлих отметил, что в некоторых случаях раковины ориентированы (значительный процент) выпуклой стороной вниз. Такую вторичную ориентировку раковинам придали морские чайки, которые переворачивали раковины в поисках пищи.

      Раковины  моллюсков могут сохраняться не полностью, так как створки разрушаются и распадаются на более мелкие части. Как правило, раковины разламываются по зонам роста. Эту посмертную механическую дезинтеграцию раковин следует отличать от механического разрушения раковины еще при жизни организма. Хольман исследовал Cardiutn edule, на которых видно характерное стачивание макушки. Такое стачивание могло привести к образованию посмертных макушечных граней. Впоследствии раковина механически разламывалась по этим граням и по кольцам роста, причем преимущественно по ослабленным зимним кольцам роста. Аналогичное разламывание наблюдается и на некоторых других раковинах.

      Кроме того, раковины моллюсков могут разрушать  сверлящие организмы, особенно водоросли Chlorophycae и Cyanophycae и полихета Polydora, а также могут подтачивать «хищники», образуя специфические структуры (например, хорошо известные «Bandschnitte» у гастропод). В этом случае внешняя стенка раковины гастропод вблизи апертуры истачивается вдоль отдельных полос и становится, виден спирально закрученный столбик. Папп и др. наблюдали, как краб Pagurus разрушает таким образом раковину. Шафер пишет, что шиповатый омар (Langust) может подобным образом разрушать раковины гастроподы Buccinum. Волновое воздействие также может разрушить раковины Buccinum, в результате обнажается столбик раковины, как и при разрушении ее организмами. Таким образом, определение агентов разрушения раковины органического и неорганического происхождения представляет собой довольно сложную проблему. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Биотурбационные текстуры

      Термин «биотурбационные текстуры” предложен для текстур, образованных в процессе жизнедеятельности организмов в осадке или на его поверхности. Образование биотурбационных текстур вызывает нарушение или преобразование первичных осадочных текстур, образованных агентами неорганического происхождения. В отличие от скелетных остатков организмов биотурбационные текстуры всегда автохтонные и за очень редким исключением не могут быть вторичного происхождения. Таким образом, они дают более адекватную информацию о бентосном биоценозе, чем окаменелости.

      Шафер попытался охарактеризовать процесс биотурбации, рассматривая образ жизни животных, обитающих в осадке вблизи его поверхности. Он выделяет:

1. свободно передвигающихся эндобионтов (обитающие в осадке и свободно передвигающиеся в нем);
2. эндобионтов с ограниченным передвижением (обитают в осадке, но передвижение их ограничено практически местом обитания);
3. свободно передвигающихся гемиэндобионтов (свободно передвигающиеся по поверхности осадка, иногда зарывающиеся в осадок);
4. свободно передвигающихся эпибионтов (свободно передвигающиеся по поверхности осадка);
5. неподвижных эпибионтов (неподвижные животные, обитающие на поверхности осадка).

      Он  рассуждает следующим образом: такие  процессы седиментации, как эрозия и осадконакопление, заставляют бентосных животных реагировать на новые условия. Организмы и следы их жизнедеятельности сохраняются только благодаря процессам седиментации. Если поверхность осадков, на которой живут бентосные организмы, покрывается новым осадком, это мало сказывается на свободно передвигающихся эндобионтах и гемиэндобионтах, так как они имеют специальные органы для зарывания и могут выкарабкиваться из осадка, чтобы занять более удобные для жизни позиции. Многие свободно передвигающиеся эпибионты, хотя и не имеют таких специальных органов, но способны двигаться сквозь толщу вновь образовавшегося осадка к поверхности. Неподвижные организмы, не способные выбраться из толщи осадка, погибают.

      Эрозионный  смыв осадков не влияет существенно на свободно передвигающихся эпибионтов и гемиэндобионтов. Однако эидобионты, обнажающиеся в ходе эрозии и поэтому вынужденные снова зарываться в осадок, погибают, если при сильной эрозии со значительным размывом они не сумеют вновь зарыться в осадок.

      В  результате жизнедеятельности бентосных  организмов нарушается первичная текстура осадка: слои деформируются, нарушаются и смещаются; образуются новые текстуры — биогенные. Достаточно крупные для распознавания и описания следы жизнедеятельности организмов называются ихнофоссилиями.

      В современных осадках биотурбаты видимы благодаря препарировке рельефных отпечатков в песках. В илистых осадках биотурбаты, как правило, заметны только в тонких шлифах. Иногда для выделения биотурбационных горизонтов следует применять рентгенограммы. Необходимо отмечать нарушение напластования, обусловленное конседимента-ционными процессами деформации, от биогенного нарушения осадков в процессе жизнедеятельности организмов.

      Биотурбационные текстуры можно определить по отсутствию хорошо выраженного напластования. Эти слои из стратифицированной пачки нарушены, разорваны и частично смещены и могут быть изогнуты вверх или вниз. Пятнистая текстура — хороший индикатор жизнедеятельности животных. В илистых осадках пятнистый облик, возникающий за счет неравномерного распределения песчаных гнезд, — характерный признак биотурбации. Кроме того, признаками жизнедеятельности организмов являются: наличие темных, пятнышек илов в светлоокрашенных песках, нарушение первичного расположения раковин, гнезда битой ракушки и гнезда разнозернистых песков.

      Биотурбациопные текстуры можно подразделить на две основные группы:

1. Деформативные текстуры Fossitextura-deformativa. Эти биотурбационные текстуры без какой-либо определенной формы. Они имеют вид бесформенных пятнистых текстур или беспорядочных пятен, образованных за счет осадков иного цвета или иных размеров зерен, и др.
2. Фигуративные текстуры Fossitextura-.fi-gurativa. Эти биотурбационные текстуры определенной распознаваемой формы (например, ходы роющих животных).

      В природе деформативные текстуры встречаются чаще, чем фигуративные. Кроме того, следует описывать степень биотурбации в данном горизонте. Мур и Скраутен разработали схему, в которой они выделяют правильное напластование, нарушенное напластование, ярко выраженную и неясную пятнистость осадков и однородные осадки. Авторы считают эту схему весьма качественной.

      Рейнек предложил метод, согласно которому на профиле учитывается процент площади, первичное напластование которой нарушено организмами. В зависимости от степени нарушения первичного напластования выделяются шесть классов. В табл. 2 дана схема, по которой можно описать степень биотурбации. Вернер выделяет пять степеней биотурбации и использует новый фактор — степень биотурбации, выражающуюся в относительной доле биотурбационных текстур в вертикальном относительно напластования сечении.

Таблица   2

Классификация степени биотурбации на основе

  нарушения первичного напластования  По   Рейнеку  с     изменениями. 

      По  мнению Зейлахера, биотурбационные текстуры можно рассматривать с трех точек зрения: таксономии, экологии и стратономии. Он считает, что предпочтение следует отдавать экологическому подходу. Таксономический подход часто невозможен, так как по ихнофоссилиям не всегда удается определить, к какому виду они принадлежат. Стратономическое изучение, хотя в некоторых случаях и оправдывает себя, не является биологическим. При таксономическом изучении детально описываются морфологические особенности ихнофоссилий и выделяются род и вид: Отдельные роды и виды отражают морфологию лишь отдельных индивидуумов. Хантцшель составил сводку известных родов и видов, установленных по ихнофоссилиям. Для решения вопросов седиментогенеза ихнофоссилии практически не изучены.

      Основываясь на некоторых экологических факторах, Зейлахер предлагает классификацию, в которой выделяются пять групп ихнофоссилий:

          1) следы на площадках отдыха;

2. следы ползания;

3. следы касания;

4. текстуры  питания;

5. текстуры  обитания;

      Эти пять типов ихнофоссилий морфологически отличаются друг от друга. Единственный недостаток этой превосходной генетической классификации то, что не каждый след можно сопоставить со следами жизнедеятельности современных организмов. И, кроме того, следы  трактуются многозначно. Эта проблема еще более усложняется для древних осадков, так как очень мало известно о животных, обитающих в них и образующих ихпофоссилии, и об их поведении.

      Организмы могут оставлять следы жизнедеятельности на поверхности или внутри осадка. Можно было бы попытаться разграничить ихнофоссилии на поверхности осадка и ихпофоссилии внутри осадка. Однако наблюдая современные обстановки осадконакопления, можно сделать вывод, что на этой основе нельзя создать твердую классификацию. Животные, которые передвигаются и отдыхают на поверхности осадка и обычно оставляют на этом месте ихнофоссилии, могут частично закапываться в осадок и оставлять следы внутри него. Животные, живущие обычно внутри осадка, также могут полностью или частично выползать на поверхность осадка и оставлять следы.

      Стратономический подход к изучению ихнофоссилии позволил классифицировать их по занимаемому ими положению в осадке. Наиболее широко известны две стратономические классификации — Зейлахера и Мартинсона. Такой же подход можно применить к изучению ихнофоссилии в древних осадках. На рис. 4 приведена схема классификации Мартинсона.

       Топономия ихнофоссилии

Рис. 4. Стратономическая классификация ихнофоссилии (основана на средах консервации ихнофоссилии). Алеврит и песчаник (точки) и аргиллит (штриховка) переслаиваются. Четыре основных термина, показанные справа от схемы (Epichnia, Endichnia, Hypichnia и Exichnia), выделены по отношению к слою А. По Мартинсону [Martinsson, 1970] 1 — эпихииальный желобок: 2 эпихниальиый валик. 3 — крупный, гипихпион в покрывающем слое; 4 — эндихниальные ходы; 5 гипихииальные валики (гипихниальпые слепки желобков); 6 — экзихниалькые слепки ходов 
 

 Хертвек, основываясь на собственных наблюдениях в приливной полосе, делит ихнофоссилии на три группы:

1. ихнофоссилии на поверхности осадка;
2. ихнофоссилии внутри осадка;
3. текстуры обитания.

  Недостаток этой классификации — подразделение ихнофоссилии на поверхностные и внутри осадка. Это усугубляется еще и тем, что некоторые бентосные организмы могут передвигаться внутри осадка по плоскостям напластования. В древних осадках их можно отнести к ихнофоссилиям на поверхности осадка, в то время как они были образованы внутри осадка. Несмотря на этот недостаток, авторы описывают ихнофоссилии по этим трем группам.

 Рис. 5. Следы, оставленные морскими звездами. Следы сохраняются в том случае, когда отдыхающие на песчаном грунте (под которым находится ил) морские звезды слегка зарываются в песок, а позднее покинутые животными места отдыха заполняются песком. По Зейлахеру. 

 Ихнофоссилии  на поверхности осадка

 Ихнофоссилии  на поверхности осадка образуются на верхней поверхности осадка в результате жизнедеятельности животного, от которого остаются следы всего тела   или отдельных органов. Следы могут быть довольно разнообразные. Это следы отдыха, оставленные животным, отдыхающим на поверхности рыхлого осадка; следы ползания животного, оставляющего отпечатки органов движения, или следы ползания животного, движущегося по мягкому осадку в поисках пищи. Ихнофоссилии на поверхности осадка могут образовывать и летающие животные, опускающиеся на мягкий грунт для отдыха или в поисках пищи. Как правило, это отпечатки лап или клюва птиц. Плавающие животные (такие, как рыбы) оставляют следы, когда они ложатся на грунт отдыхать или же, плавая, касаются поверхности осадка.

      К ихнофоссилиям на поверхности осадка принадлежат следы, оставленные на илистой поверхности, покрытой тонким слоем песка, через который животное прокладывало себе путь (по Зейлахеру, это ихнофоссилии внутри осадка). Эти ихнофоссилии сразу же после возникновения заполняются вышележащим песком (рис. 5). В ископаемом состоянии они наблюдаются в виде четкого рельефа на подошве песчаного слоя. Такие ихнофоссилии, как правило, образуются на месте отдыха животных, которые в это время слегка закапываются в грунт. Подобные следы следует отличать от следов ползания внутри осадка.

      Несмотря  на то, что ихнофоссилии на поверхности осадка образуются очень часто, они редко сохраняются в зонах, где осадок активно перерабатывается (например, в местах затопляемых приливами равнин).

      Генетически текстуры зарывания представляют собой отверстия, образованные животными в результате их биотурбационной активности; они часто сохраняются, так как сцементированы слизистыми выделениями животных. Биотурбация осадков происходит в результате движения животного сквозь осадок. Как только ход прорыт, движение животного ограничивается в основном этим ходом. Только иногда в поисках пищи или для выброса фекальных остатков животное высовывается из своей норы. Ходы могут иметь разнообразную форму: простую, U-образную с отверстиями на одном или обоих концах, разветвленную, извилистую и др.