Вплив постседиментаційних змін на хімічний склад молюсків з верхньокрейдяних та кайнозойських відкладів України. Реконструкція геоісторичних подій. Застосування палеобіогеохімічного аналізу для виявлення стратиграфічних рівнів у кайнозойських розрізах.
Аннотация к работе
Відтоді інтерес до цих досліджень то слабшав, то відновлювався, але у цілому скелетна біогеохімія поступово стала невідємною частиною палеогеографії, палеонтології, гідробіології, геохімії, екології, у її складі відокремилися самостійні розділи та напрями. З тієї пори, не зважаючи на значний обсяг проведених досліджень, завдання, яке полягає в оцінці співвідношень хімічний склад - таксономічний ранг та хімічний склад - показники умов середовища, однозначного рішення не отримало. Існуючий доробок біогеохімічних знань дозволяє сформулювати основні принципи сучасного напряму палеобіогеохімії - палеобіогеохімічного аналізу геоісторичних подій, який дає змогу позбавитися від багатьох недоліків, які притаманні палеобіогеохімії у класичному варіанті. Проведені роботи у різні роки виконувалися у межах держбюджетної теми кафедри геології Харківського державного університету 10.Н1.Н2.Н3 “Склад та будова речовини черепашок морських пізньомезозойських та кайнозойських двостулкових та черевоногих молюсків і брахиопод та їх значення для систематики, філогенії, біостратиграфії та палеогеографічних реконструкцій”; входили, як складова частина, до досліджень з оцінки стану довкілля кількох родовищ нафти і газу (тема 740-9898/13 “Розробка системи оцінки та прогнозу якості природних вод у зонах розміщення підприємств АТ “Укрнафта”) та до Міжрегіональної екологічної програми з охорони та використання вод басейну р. Головною метою дослідження була розробка базових принципів нового напряму палеобіогеохімії - палеобіогеохімічного аналізу геоісторичних подій.Як показує аналіз опублікованих даних та результати наших досліджень (Васильев, Борисенко, 1989; Васильев, Борисенко, 1990б; Васильев, Хатимлянский, 1996; Васильев, 1999; Васильев, 2003а), у постседиментаційних обстановках найбільша реактивність з мікроелементів, які входять до складу черепашок молюсків, властива для Mg, Sr, Fe, Mn и Si. Ці хімічні елементи можуть неодноразово перерозподілятися як у межах черепашки (зміни позицій у кристалічній структурі та поза нею), так й у системі черепашка - осадок (гірська порода) - мулові (підземні) води. У лимані чітко виділяється зона, в якій різко зростає вміст у черепашках Cardium edule L. алюмінію, заліза та кремнію; вона розташовується приблизно в області солоності вод 10 ‰. Умови, які панують у басейні проживання, визначають досяжність тих чи інших хімічних елементів щодо використання організмами в обміні речовин (Борисенко, Васильев, 1991а; Васильев, 2001в; 2001г; Васильев и др., 2003; Васильев, 2003є). В екстремальних умовах молюски частково розчиняють внутрішню поверхню своєї черепашки, завдяки чому у організму, який має проблеми з підтримкою осмотичного тиску, є додатковий механізм (поруч з анізоосмотичною регуляцією та герметизацією черепашки), який дозволяє підтримувати іонний баланс у системі екстрапаліальна рідина - гемолімфа.У дисертації розроблені основні принципи нового напряму палеобіогеохімії - палеобіогеохімічного аналізу геоісторичних подій, який базується на тому, що розподілення хімічних елементів, які приймають участь у формуванні екзоскелету гідробіонтів, зокрема молюсків, визначається трьома факторами: 1) географічним, зумовленим існуванням певних потоків речовини у басейн проживання ззовні; 2) екологічним (фізико-хімічним), який полягає у контролі геохімічної рухливості хімічних елементів умовами середовища; 3) біологічним, зумовленим вибірковим поглиненням хімічних елементів за рахунок метаболічних та поведінкових адаптацій. Виведення з гемолімфи у скелетну речовину нейтральних та токсичних для організму хімічних елементів є одним з механізмів очищення життєво важливих органів у екстремальних ситуаціях, коли основна видільна система з цією функцією не може впоратися. Показано ефективність палеобіогеохімічного аналізу геоісторичних подій для виявлення змін інтенсивності річкового стоку, опріснення морського басейну, вулканізму, субмаринного підтоку, евстатичних коливань рівня моря, субдукційних та колізійних орогенічних подій. Продемонстрована можливість фіксування за біогеохімічними даними локальних геохімічних ефектів, які ми повязуємо з масопереносом від геодинамічно активних ділянок розривних порушень фундаменту у моменти максимальних тектонічних навантажень. Ці хімічні елементи можуть неодноразово перерозподілятися як у межах черепашки (зміни позицій у кристалічній структурі та поза нею), так й у системі черепашка - осадок (гірська порода) - мулові (підземні) води.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
Вывод
У дисертації розроблені основні принципи нового напряму палеобіогеохімії - палеобіогеохімічного аналізу геоісторичних подій, який базується на тому, що розподілення хімічних елементів, які приймають участь у формуванні екзоскелету гідробіонтів, зокрема молюсків, визначається трьома факторами: 1) географічним, зумовленим існуванням певних потоків речовини у басейн проживання ззовні; 2) екологічним (фізико-хімічним), який полягає у контролі геохімічної рухливості хімічних елементів умовами середовища; 3) біологічним, зумовленим вибірковим поглиненням хімічних елементів за рахунок метаболічних та поведінкових адаптацій.
Встановлено роль осмотичних адаптацій у формуванні скелетної речовини молюсків. Накопичення натрію у скелетах еврігалінних молюсків у певних діапазонах солоності вод проживання відбувається несинхронно змінам вмісту цього хімічного елемента у середовищі. Тому вміст натрію у черепашках еврігалінних форм можна використовувати для оцінок солоності лише поза зонами критичної для гідробіонтів солоності.
Вперше розглядається видільно-акумулятивна функція черепашки молюсків. Виведення з гемолімфи у скелетну речовину нейтральних та токсичних для організму хімічних елементів є одним з механізмів очищення життєво важливих органів у екстремальних ситуаціях, коли основна видільна система з цією функцією не може впоратися. Крім цього, скелет використовується і як сховище для резервного запасу біологічно важливих хімічних елементів (Na, Cu та ін.), у яких може виникнути потреба під час скорочення сполучення з оточенням. Цей запас акумулюється у черепашці у достатньо доступній формі.
Запропоновано гіпотезу щодо регулювання рівня магнію у мяких тканинах та у скелетній речовині молюсків у процесі біохімічних адаптацій до зміни температури вод довкілля.
Показано ефективність палеобіогеохімічного аналізу геоісторичних подій для виявлення змін інтенсивності річкового стоку, опріснення морського басейну, вулканізму, субмаринного підтоку, евстатичних коливань рівня моря, субдукційних та колізійних орогенічних подій.
Біогеохімічними засобами оцінений доробок субдукційних процесів активної окраїни Євразійського континенту у формування морських екосистем півдня та заходу Українського щита у середньому еоцені та у середньому міоцені. Вплив орогенов субдукційної стадії висловлюється у поперемінному збагаченні вод проживання молюсків продуктами острівнодугового вулканізму (бором та іншими) у підсувному режимі та продуктами субмаринного розвантаження по активізованим розривним порушенням у тилу літосферної плити, що насувається, в умовах орогенічного режиму розвитку зони субдукції.
Встановлено, що орогенез у межах колізії фіксується у суміжних епіконтинентальних басейнах опрісненням їх вод за рахунок скорочення звязку з відкритим морем, активізацією розривних порушень фундаменту, проявленням грязьового вулканізму та ін. Ці ефекти чітко визначаються за палеобіогеохімічними даними у водоймах Східного Паратетісу, які існували у ранньому та середньому сарматі.
Продемонстрована можливість фіксування за біогеохімічними даними локальних геохімічних ефектів, які ми повязуємо з масопереносом від геодинамічно активних ділянок розривних порушень фундаменту у моменти максимальних тектонічних навантажень. На південній та південно-західній периферіях Українського щита сліди активізації знайдено у середньоеоценових, середньо- та верхньоміоценових відкладах.
На основі палеобіогеохімічних даних запропоновано нову гіпотезу, яка пояснює походження марганцю Нікопольського басейну.
Розроблено геохімічну модель постседиментаційних змін скелетної речовини викопних молюсків. Зокрема, встановлено, що у постседиментаційних обстановках найбільша реактивність з мікроелементів, які входять до складу черепашок молюсків, властива для Mg, Sr, Fe, Mn и Si. Ці хімічні елементи можуть неодноразово перерозподілятися як у межах черепашки (зміни позицій у кристалічній структурі та поза нею), так й у системі черепашка - осадок (гірська порода) - мулові (підземні) води.
З усього сказаного вище можна заключити, що палеобіогеохімічний аналіз геоісторичних подій дає в руки досліднику, щонайменше, кайнозойської історії нашої планети обєктивну інформацію, причому, у більшій частині унікальну. Ці дані дозволяють доповнити, а іноді й уточнити наші знання про басейни геологічного минулого, які одержані традиційними засобами.
ОСНОВНІ РОБОТИ АВТОРА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Васильев А. Н. Скелетная биогеохимия моллюсков. - Харьков: Экограф, 2003а. - 284 с.
2. Васильев А. Н., Борисенко Ю. А. Биогеохимические критерии оценки диагенеза раковин ископаемых моллюсков // Докл. АН СССР. - 1989. - Т. 305. - № 6. - С. 1474-1477. (Особистий внесок: фактичний матеріал, ідея роботи, розробка методики досліджень та формулювання висновків).
3. Васильев А. Н., Журавель Н. Е. Геохимическая зональность позднебаденского бассейна Волыно-Подолии по палеобиогеохимическим данным // Докл. АН УССР. Сер. Б. - 1989а. - № 7. - С. 3-6. (Особистий внесок: фактичний матеріал, ідея роботи, інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
4. Васильев А. Н., Журавель Н. Е. Углеводородные газы в раковинах ископаемых и современных моллюсков // Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. геол. - 1989б. - Т. 64. - Вып. 4. - С. 56-62. (Особистий внесок: фактичний матеріал, інтерпретація даних аналізу, формулювання висновків).
5. Борисенко Ю. А., Васильев А. Н. Биогеохимия раковин ископаемых двустворок как индикатор палеосолености / Палеонтологические и биостратиграфические исследования при геологической съемке на Украине. ІГН НАН України. - Киев: Наук. думка, 1990. - С. 120-126. (Особистий внесок: фактичний матеріал, інтерпретація біогеохімічних даних).
6. Васильев А. Н., Борисенко Ю. А. Отражение в химическом составе раковин этолого-трофической принадлежности ископаемых моллюсков // Вестн. Харьк. ун-та. - 1990а. - № 345. - Геология и народное хозяйство. - С. 14-19. (Особистий внесок: фактичний матеріал, постановка завдання та експериментальні дослідження, інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
7. Васильев А. Н., Журавель Н. Е., Онисько Т. Г. Биогеохимия раковин дрейссен из водоема с аномальным термическим режимом // Доп. НАН України. - 1995. - № 8. - С. 145-147. (Особистий внесок: постановка завдання та експериментальні дослідження, інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
8. Васильев А. Н., Хатимлянский В. В. Особенности постседиментационных преобразований раковин нижнемеловых аммонитов в связи с ориентировкой при захоронении // Доп. НАН України. -1996.- № 2. - С. 83-85. (Особистий внесок: постановка завдання, інтерпретація біогеохімічних даних, висновки).
9. Васильев А. Н. Использование палеобиогеохимических данных для выделения синхронных стратиграфических уровней в среднем миоцене Волыно-Подолии // Стратиграфия. Геологическая корреляция. - 1997. - Т. 5. - № 2. - С. 85-90.
10. Васильєв О. М., Смислова Л. І., Ковальчук М. С., Якушин Л. М. Хімічний склад черепашок устриць з верхньої крейди північної окраїни Донбасу // Геол. журн. - 1998. - № 3-4. - С. 75-80. (Особистий внесок: постановка завдання та експериментальні дослідження, інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
11. Васильев А. Н. Постседиментационные изменения раковинного вещества ископаемых моллюсков из меловых и кайнозойских отложений Украины // Вісник Харк. нац. у-та. - № 455. - Геологія - географія - екологія. - 1999. - С. 8-16.
12. Васильев А. Н. Биогеохимическая индикация углеводородного загрязнения речных вод по химическому составу раковин унионид // Доп. НАН України. - 2001а. - № 1. - С. 198-202.
13. Васильев А. Н. Палеобиогеохимические данные о стадийности среднемиоценового орогенеза в Карпатах // Вісник Харк. нац. у-та. - № 521. - Геологія - географія - екологія. - 2001б. - С. 20-24.
14. Васильев А. Н. Возможности реконструкции тектонических событий по палеобиогеохимическим данным с примерами из кайнозоя юга и юго-запада Украины // Геоинформатика (Москва). - 2002а. - № 1. - С. 36-41.
15. Васильев А. Н., Березовский А. А. Реконструкция с использованием биогеохимических данных палеогеографических обстановок среднего эоцена на южном склоне Украинского щита // Геолого-мінералогічний вісник. - 2002. - № 1(7). - С. 49-61. (Особистий внесок: постановка завдання та експериментальні дослідження, інтерпретація біогеохімічних даних, висновки).
16. Васильев А. Н. Палеобиогеохимические оценки солености вод: ответы на некоторые вопросы // Вісн. Харк. ун-ту. - 2002б. - № 563. - С. 24-30.
17. Васильев А. Н. Опыт реконструкции раннесарматских тектонических движений в бассейне р. Конки по палеобиогеохимическим данным // Геол. журн. - 2002в. - № 4. - С. 120-123.
18. Васильєв О. Особливості використання біогеохімії молюсків у палеогеографічних дослідженнях // Палеонтол. зб. - 2002. - № 34. - С. 150-156.
19. Васильев А. Н. Реконструкция кайнозойской активизации разрывных нарушений на юго-востоке Украинского щита по палеобиогеохимическим данным // Доп. НАН України. - 2003б. - № 2. - С. 105-110.
20. Васильев А. Н., Смыслова Л. И. Оценка эвстатических событий позднего плейстоцена по химическому составу раковин устриц из карангатских отложений Керченского полуострова // Теоретичні та прикладні аспекти сучасної біостратиграфії фанерозою України. ІГН НАН України. - Київ, 2003. - С. 45-47. (Особистий внесок: постановка завдання, інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
21. Васильев А. Н. Об условиях образования бугловских отложений среднего миоцена Волыно-Подолии по данным палеобиогеохимических исследований // Геол. журн. - 2003г. - № 1. - С. 110-115.
22. Васильев А. Н. Палеобиогеохимический анализ геоисторических событий: принципы и возможности // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Сер. Естественные науки (Ростов н/Д). - 2003в. - № 4. - С. 74-78.
23. Васильєв О. М. Про можливе джерело марганцю руд Нікопольського басейну (за палеобіогеохімічними даними) // Вісн. Харк. ун-та. - 2003. - № 604. - С. 1-4.
24. Васильев А. Н. Биогеохимические исследования бивальвий из нижнего сармата южной окраины Украинского щита и их стратиграфическое значение // Стратиграфия. Геол. корреляция. - 2004. - Т. 12. - № 2. - С. 113-120.
25. Биогеохимический способ палеогеографических реконструкций: А.с. № 1485177, СССР, МКИ G 01 V 9/00. / А. Н. Васильев, А. М. Кирюхин, Ю. А. Борисенко, Н. Е. Журавель, О. Ф. Тюрикова (СССР). № 4257693/24-25, Заявлено 08.06.87, Опубл. 07.06.89, Бюл. № 2. - 2 с. (Особистий внесок: частково фактичний матеріал, експериментальні дослідження, інтерпретація біогеохімічних даних).
26. Васильев А. Н., Борисенко Ю. А. Диагенез скелетных образований как дополнительный критерий точности биостратиграфической корреляции // Тез. докл. VII межведомственной стратиграф. конф. “Палеоэколого-литологические и биостратиграфические исследования в геологоразведочных работах на нефть и газ”. - Махачкала, 1990б. - С. 18-19. (Особистий внесок: фактичний матеріал, інтерпретація біогеохімічних даних).
27. Борисенко Ю. А., Васильев А. Н. Палеоэкосистемные реконструкции по биогеохимическим данным // Тез. докл. XXVII сессии Всесоюз. палеонтол. об-ва “Экосистемные перестройки”. - Ленинград, 1991а. - с. 14-15. (Особистий внесок: інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
28. Борисенко Ю. А., Васильев А. Н. Палеобиогеохимические исследования на Украине, пути их дальнейшего развития и практическое приложение / Палеонтологические и биостратиграфические исследования на территории Украины. ІГН НАН України. - Киев: Наук. думка, 1991б. - С. 16-24. (Особистий внесок: участь у написанні основної частини статті, експериментальні дані, висновки).
29. Васильев А. Н. Палеобиогеохимические исследования как инструмент сверхдетальной событийной стратиграфии / Стратиграфічні та палеонтологічні дослідження в Україні. - Київ: ІГН НАН України, 1994. - С. 9-10.
30. Vasilyev A. N., Zhuravel N. E. Morphology and chemical composition of Dreissena shells from the reservoir-cooler of Yuzhno-Ukrainian nuclear station // Abstracts of 7th European Ecological Congress “Ecological Processes: Current and Perspectives”. - Budapest, Hungarian Biological Centre, 1995. - P. 137. (Особистий внесок: постановка завдання та експериментальні дослідження, інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
31. Васильев А. Н. Соленость вод позднебаденского бассейна Волыно-Подолии по палеобиогеохимическим данным // Екосистеми геологічного минулого України. - Київ: ІГН НАН України, 1995. - С. 97-98.
32. Васильев А. Н. Палеобиогеохимические данные о стадийности среднемиоценового орогенеза в Карпатах // Біостратиграфічні дослідження при пошуках корисних копалин України. - Київ: ІГН НАН України, 1996. - С. 63.
33. Васильєв О. М., Добрачева В.В. Біогеохімічні дослідження стану екосистеми р. Псел у межах Сумської області на прикладі родини Unionidae // Вакалівщина: До 30-річчя біостаціонару Сумського педінституту. - Суми, 1998. - С. 176-180. (Особистий внесок: постановка завдання, інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
34. Васильев А. Н. Палеобиогеохимический анализ событий прошлого // Біостратиграфічні та палеоекологічні аспекти подійної стратиграфії. - Київ, ІГН НАН України, 2000. - С. 5.
35. Васильєв О. М. Виявлення та оцінка геоісторичних подій минулого засобами палеобіогеохімічного аналізу // Палеонтологічне обґрунтування стратонів фанерозою України. - Київ, ІГН НАН України, 2001. - С. 7-9.
36. Васильев А. Н. Возможности биогеохимической индикации техногенного загрязнения пресноводных экосистем // Регион: Проблемы и перспективы. Харків, 2001в. - С. 54-57.
37. Васильев А. Н. Использование биогеохимии унионид для оценок стрессовых ситуаций в пресноводных экосистемах // Тез. докл. III Международного совещания “Геохимия биосферы”. - Ростов-на-Дону, Изд-во Рост. ун-та, 2001г. - С. 147-148.
38. Васильев А. Н. Выделение синхронных уровней в нижнем сармате юга Украины по палеобиогеохимическим данным // Проблемы биохронологии в палеонтологии и геологии. - Тез. докл. XLVIII сессии Палеонтол. о-ва при РАН “Проблемы биохронологии в палеонтологии и геологии”. - С.-Петербург, 2002г. - С. 27-29.
39. Васильєв О. М. Деякі адаптаційні механізми контролю хімічного складу черепашок кайнозойських бівальвій // Еволюція органічного світу як підґрунтя для вирішення проблем стратиграфії. - Київ: Логос, 2002. - С. 65-69.
40. Васильев А. Н. Реконструкция кайнозойских тектонических событий на юге Восточно-Европейской платформы по палеобиогеохимическим данным // Мат. Международной конференции “Проблемы геодинамики и минерагении Восточно-Европейской платформы”. - Воронеж, 2002д. - С. 171-174.
41. Васильев А. Н. Проблема оценки солености вод древних бассейнов средствами палеобиогеохимии // Тез. докл. XLIX сессии Палеонтологического об-ва при РАН “Палеонтология и природопользование”. - С.-Петербург, 2003д. - С. 50-52.
42. Васильев А. Н., Журавель Н. Е., Клочко П. В. Оценка состояния вод среднего течения р. Мерлы (Харьковская область) с использованием скелетной биогеохимии унионид // Мат. міжнар. наук.-практ. конф. “Регіон-2003: стратегія оптимального розвитку”. - Харків, 2003. - С. 282-283. (Особистий внесок: фактичний матеріал, постановка завдання та експериментальні дослідження, інтерпретація біогеохімічних даних, формулювання висновків).
43. Васильев А. Н. Натрий в скелетном веществе пресноводных моллюсков как показатель техногенеза // Мат. четвертой Российской биогеохимической школы “Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы”. - М.: Наука, 2003є. - С. 74-75.