7. Методы определения физико-химических свойств воды древних водоемов

Большую информацию о солевом и газовом режиме древних водоемов можно получить на основании данных об особенностях ископаемых органических остатков. Соленость воды является одним из главных факторов, определяющих возможность нормального развития морских организмов. Только в морях с нормальной соленостью обитали кораллы, радиолярии, головоногие моллюски, морские ежи, морские лилии, трилобиты, замковые брахиоподы и некоторые другие представители органического мира (например, большинство фораминифер) В бассейнах же с ненормальной (преимущественно пониженной) соленостью широко распространялись беззамковые брахиоподы (лингулы, оболюсы), определенные семейства пелеципод (антракозиды, кардиды, тригониоидиды и др.) и гастропод, остракод, харовых водорослей.

Морская и пресноводная фауны почти не смешиваются и их разделяет узкий соленосный диапазон, отвечающий примерно 5—8%о. По обе стороны узкой зоны солености 5—8%о развиваются различные фаунистические комплексы, по-разному протекают обменные процессы в организмах и их тканях. Существуют также и другие узкие диапазоны солености, при переходе через которые отмечаются изменения биологических свойств. Так, из состава морской фауны большое число стеногалинных форм исчезает уже при распреснении до 30%о. Заметные изменения ее состава происходят, вероятно, при 24, 16, 3%о, а также в пересоленных водах при соленостях около 45 и 75—80°/оо. Однако по результатам воздействия на ход биологических процессов ни одна из этих соленосных зон не может идти в сравнение со специфической ролью солености порядка 5—8%о.

Изменения солености водоемов (относительно нормальной) в сторону понижения или повышения обычно приводят к уменьшению как разнообразия видового состава организмов, так и их размера и появлению карликовых форм. Опреснение, кроме того, часто вызывает упрощение наружной скульптуры раковин, утонение их, редуцирование замочного, аппарата. Понижение солености может не только приводить к меньшей массивности известкового скелета организмов, но и иногда к замене его скелетом хитиновым, что отмечается, например, у фораминифер, мшанок, губок. Однако этот процесс может обусловливаться и не общим понижением солености, а лишь недостатком в воде углекислого кальция или в связи с повышением растворимости его (вследствие понижения рН, увеличения растворимости углекислого газа).

Остатки древних организмов иногда позволяют делать заключения и о газовом режиме придонных вод. Ненормальный газовый режим, так же как и присутствие вредных для организмов растворенных веществ в воде и изменение ее солености, может вызвать появление карликовых фаун. Так, о сероводородном заражении вод свидетельствуют распространение в отложениях остатков скелетов планктонной фауны при отсутствии донной. Кроме того, при появлении на дне водоемов резко восстановительной среды в осадках становится невозможной жизнедеятельность и разнообразных илоядных организмов.

О кислотно-щелочном режиме можно судить по распространенности глинистых минералов. Так, образование каолинита характерно для кислых обстановок, а монтмориллонита – для щелочных. Гидрослюды образуются преимущественно в условиях щелочных (рН<9,5), нейтральных и слабокислых, но всегда с достаточно большим содержанием щелочей и в первую очередь ионов калия. Для щелочной среды характерны выпадение кальцита и особенно образование доломита. Пирит и марказит обычно возникают также в щелочной среде, а сидерит, напротив, – в кислой. Очень характерна различная направленность изменения глинистых минералов при диагенезе в зависимости от специфики среды. В кислой среде происходит образование каолинита и галлуазита, а в щелочной – гидрослюд, монтмориллонита.

Важным индикатором повышенной щелочности (рН>7,2) водоемов является накопление в осадках окислов и гидроокислов марганца и железа.

Очень сложна проблема выяснения окислительно-восстановительных условий осадконакопления. На окислительную среду указывают окисные соединения железа и марганца; на чередование окислительных и восстановительных условий — наличие глауконита, фосфатов, шамозита; на умеренно восстановительную среду (обычно обусловленную обилием углекислого газа) — распространение сидерита и родохрозита; на резко восстановительную (сероводородное заражение) — присутствие сульфидов железа, марганца, цинка, свинца.

Значительное количество глауконита, особенно в ассоциации с фосфоритами или фосфоритов с глауконитом, обычно указывает на морское происхождение осадков, а широкое распространение каолинитовых глин и присутствие вивианита — на пресноводный характер водоемов.

Доломит, особенно совместно с магнезитом, является признаком существования бассейнов с несколько повышенной соленостью, доломит с целестином, баритом, флюоритом – повышенной солености вод, а гипсы, ангидриты и тем более галит и калийно-магнезиальные соли – значительной и очень высокой солености вод.

Таким образом, при определении физико-географического типа древних водоемов, исключая сильноминерализованные бассейны, основным, наиболее достоверным критерием являются органические остатки.

Для реконструкции палеогеографических и фациальных условий осадконакопления иногда используют данные по изменению содержания изотопа углерода с относительной атомной массой 13 в карбонатных породах.

Иногда для суждения о палеосоленосности древних водоемов привлекают данные по изотопному составу кислорода в раковинах ископаемых моллюсков. Обычно изотопный состав кислорода в раковинах или в карбонатных породах изучают для выявления температуры воды в древних бассейнах. Однако, как показали исследования последних лет, в ряде случаев с помощью изотопного анализа кислорода может быть выяснен общий характер вод. Теоретическая основа этого метода заключается в следующем.

Изотопный состав кислорода морской воды, т. е. так называемый водный фон, и соленость самой воды находятся под воздействием одних и тех же факторов. В связи с этим ¹⁸/₁₆О и соленость морских вод изменяются почти параллельно. В результате испарения возрастают и соленость, и ¹⁸/₁₆О, обогащение же морских вод атмосферными осадками или речными подами, наоборот, приводит к понижению как солености, так и значений ¹⁸/₁₆О. Еще более существенно воздействие притока талых вод, так как у них значения ¹⁸/₁₆О самые низкие.

Определение подвижности вод. Чем меньше подвижность вод, тем более тонкозернистый материал накапливается на его дне. В условиях высокой подвижности вод может формироваться лишь более грубый материал. Одновременно в обстановках подвижных придонных вод происходит рассортировка материала по размерам обломков и зерен, что приводит к накоплению лучше отсортированных осадков, чем в обстановках меньшей подвижности вод.

Достоверными показателями отсутствия движений воды являются признаки существования застойных вод, характеризовавшихся нарушенным газовым режимом. Кроме того, о существовании малоподвижных придонных вод свидетельствуют неотсортированные, особенно смешанные, состоящие из относительно крупного и тонкозернистого терригенного материала породы.