Способность организмов и растений концентрировать те или иные элементы, находящиеся в небольших, иногда ничтожных количествах в пище и субстрате, давно известна. Она привлекает внимание биогеохимиков, изучающих растительный и животный мир и является принципиальной основой одного из новых, перспективных методов поисков полезных ископаемых - био-геохимического метода. Учение об организмах-концентраторах было заложено В.И. Вернадским [1935], а дальнейшее развитие оно получило в трудах А.П. Виноградова [1932; 1945] . Исходя из положений, установленных для современных организмов и растений, автор попытался исследовать раковины ископаемых моллюсков морских послепалеогеновых отложений низовьев р. Енисея. Полученные результаты показали, что содержание многих элементов в ископаемых раковинах выше, чем во вмещающих грунтах, а иные элементы, присутствующие в раковинах, в грунтах находятся в столь ничтожном количестве, что спектроскопически не поддастся определению [Суздальский, 1963]. Изучение химического состава ископаемых раковин методом полуколичественного спектрального анализа углубляет наши знания об их строении, биогеохимических функциях, а отсюда и о среде обитания, что представляет безусловный интерес для палеонтолога. Сравнение химического состава раковин одинаковых и различных, одновозрастных и разновозрастных форм, обитавших в однотипных или разных обстановках и регионах, по мнению автора, дает возможность наметить еще один путь для восстановления элементов палеогеографии морских бассейнов прошлого, а возможно, и для стратиграфических корреляций.

Различие содержания элементов в раковинах и вмещающих породах иллюстрируется на рис. 1, на котором показаны кларковые содержания элементов в земной коре, заимствованные у А.Г. Бетехтина [1950], а также пределы содержаний элементов в породах морской толщи (по 82 анализам), в призматическом и эпидермальном слоях раковин (по 18 и 10 анализам соответственно). Из диаграммы видны также различия состава призматического и эпидермального слоев, свидетельствующие о принципиально отличных биогеохимических функциях этих двух частей раковин моллюсков (при составлении диаграммы использованы также данные по составу призматического слоя брюхоногих). Не останавливаясь на всех элементах, выявленных в раковинах, отметим лишь основные черты их отличия от вмещающих пород. В диаграмме использованы материалы по морским послепалеогеновым отложениям Усть-Енисейской впадины и содержащимся в них раковинам. Деление на декады соответствует содержанию элементов: первая и вторая декады - в процентах, третья - в десятых долях процента, четвертая - в сотых и пятая - в тысячных долях процента. Из элементов первой и второй декад преобладают в раковинах только натрий и кальций (последний во много раз). Магний, железо и алюминий находятся в них в несколько меньшем, а кремний в несравнимо меньшем количестве. Из элементов третьей декады марганец и четвертой - стронций, медь и цирконий преобладают в раковинах и барий - в грунтах. Элементы пятой декады находятся в грунтах и раковинах почти в равных количествах, и только свинца иногда в раковинах несколько больше, а иттрия меньше; молибден, присутствующий в некоторых раковинах, не обнаружен ни в одной из проб пород.

Выводы, основанные на осредненных данных, подтверждаются при рассмотрении примеров по отдельным формам (рис. 2). На диаграммах, составленных для раковин Cyrtodaria jenisaeae (?) Sachs и Astarte borealis (Chemn.), видно, сколь резко отличны они по химическому составу от вмещающих пород. Пики кривых, соответствующие содержаниям кальция и стронция в призматическом слое, характеризуют кальциевую и стронциевую биогеохимические функции этих частей раковины [Виноградов, 1935; Виноградов и Боровик-Романова, 1945]. Интересно отметить содержание стронция в морской воде (1х10^-3%), кларковые содержания (3,5x10^-2%) и превосходящие их более чем в десять раз содержания в призматическом слое (до 50x10^-2% в Усть-Енисейском районе и до 100x10^-2% и более в районе Берингова моря). Говоря о своеобразии биогеохимических функций призматического и эпидермального слоев, можно указать на обычно повышенное содержание в последнем железа, кремния, титана, меди и присутствие бария, бериллия, кобальта и других элементов, отсутствующих в призматическом слое. Не останавливаясь подробнее на характеристике состава раковин, попробуем выяснить, насколько правомочны построения, основанные на отдельных наблюдениях, и индивидуален состав конкретных форм. С этой целью обратимся к диаграмме, составленной по анализам шести экземпляров Astarte borealis (Chemn.) (рис. 3).

Состав призматического слоя поражает выдержанностью не только по списку, но и по содержаниям весьма ограниченного количества элементов (рис. 3,А). Пожалуй, даже наибольшие, двухкратные колебания содержаний натрия и стронция можно считать очень незначительными. Гораздо большие индивидуальные отличия выявляются по составу эпидермального слоя (рис. 3,Б). Некоторые элементы (барий, хром, бериллий, галлий, свинец) обнаружены не во всех экземплярах, содержание других колеблется в трех- и даже десятикратных пределах (железо, кремний, иттрий). И все же диаграмма, затушеванная полоса на которой является полем сосредоточения конкретных кривых, свидетельствует о выдержанности состава эпидермального слоя раковин Astarte borealis (Chemn.) из морских отложений Усть-Енисейской впадины. Отмеченные различия в какой-то мере могут быть связаны с особенностями индивидуумов. Однако большая роль в них принадлежит, по-видимому, составу грунтов и среды в целом, иными словами - палеогеографическим условиям, которые менялись от места к месту и во времени. Постараемся выяснить значение этих факторов на имеющемся в нашем распоряжении материале.

Диаграмма на рис. 1 дает лишь общее представление о соотношениях элементов в ряду грунт - призматический сдой - эпидермальный слой. Ничтожно малые содержания марганца в породах, вероятно, не влияют на степень его концентрации в эпидермальном слое (рис. 2, А,Б,В). Напротив, повышение количества бария вызывает его ассимиляцию организмами, что видно ив соотношений: 0,02% в грунте, 0% в эпидермальном слое, 0,05%-0,03% и 0,1%-0,05% соответственно в других раковинах. В призматическом слое барий обычно отсутствует, но повышенное его содержание в грунте (0,2%) отражается появлением в призматическом слое раковины Natica clausa Brod. et Sow. (0,05%). В грунтах 0,001% меди соответствует 0,002% и 0,004% ее в эпидермальном слое Astarte borealis (Chemn.), a 0,002% в грунте - 0,02% у Cyrtodaria jenissae (?) Sachs. Правда, последняя, по-видимому, отличается повышенной способностью реагировать на состав окружающей среды, так как в ее раковине встречены некоторые редкие элементы, не содержащиеся в породах и в раковинах других форм. Те же соотношения по цирконию выражаются следующими цифрами: 0,05-0,2, 0,3-0,5% и вместе с тем 0,2-0,05%. Однако анализ грунтового ядра и самой раковины Cyprina islandica L. (?) из нижнечетвертичных отложений Северо-Востока СССР подтверждает высказанное мнение (по барию 0,3-0,5%, по цирконию 0,01-0,02% и по стронцию 0,1-2%; рис. 4).

Другим способом установления зависимости между составами пород и включенных в них раковин может быть сопоставление раковин из одного слоя, находившихся при жизни в одинаковых условиях. На рис. 4 кривые, построенные для двух раковин Astarte borealis (Chemn.), образуют поле, близкое, даже почти аналогичное полю сосредоточения всех кривых Astarte borealis (Chemn.) (рис. 3,Б). Следовательно, в данном случае имеют место естественные отклонения состава одинаковых форм от нормы, не зависящие от изменений состава среди обитания. Что касается составов призматических слоев этих раковин, то они совпадают почти полностью, за исключением содержаний стронция (10х10^-2 и 20х10^-2%).

Основываясь на приведенных данных, можно констатировать общее сходство составов раковин, принадлежащих определенной толще одного региона. Разумеется, желательно, а быть может, и необходимо сопоставлять составы раковин одинаковых форм, что позволит избежать ошибки, вытекающие из специфики биогеохимических функций различных родов и видов. В настоящем случае наши выводы правомочны для раковин морских послепалеогеновых отложений Усть-Енисейской впадины. В них заключается предпосылка для использования элементарного состава раковин в качестве стратиграфического критерия. Насколько обоснованно сделаю заключение, можно судить из сравнения рассмотренных аналитических данных с результатами анализов раковин иного возраста. В качестве примера возьмем раковины аммонита и пелециподы из нижне-средневаланжинских отложений р. Хадыхи (коллекция Н.И. Шульгиной) и раковины бакулитов из верхнего мела бассейна р. Танамы (коллекция Е.П. Колокольцевой). На рис. 5 приведена диаграмма элементарного состава призматического слоя этих раковин, при рассмотрении которой бросаются в глаза явные различия между юрскими и меловыми формами. В первых присутствует большое количество бария, относительно повышено содержание меди, во вторых обнаружен никель, а в одной из раковин - кобальт. Мезозойские формы характеризуются довольно высоким содержанием кремния, что отличает их от раковин из послепалеогеновых отложений (рис. 3,А). Из всех проб призматического слоя раковин послепалеогеновых отложений Усть-Енисейской впадины только одна содержала 5% кремния, в остальных пробах его количество не превышало 1%. Весьма вероятно связывать это свойство древних раковин с процессами окремнения, хотя такое мнение требует дополнительного подтверждения. Независимо от причин, обусловивших различие химического состава раковин юрских, меловых и значительно более молодых (четвертичных) форм, сами эти различия не вызывают сомнения. Поэтому вопрос о возможности использования элементарного состава раковин в стратиграфических целях можно считать принципиально решенным. Однако возникает другой вопрос: не играет ли большую роль, чем возрастной фактор, палеогеографическая обстановка, в которой обитали организмы? Действительно, взятые в качестве примера раковины верхнеюрских форм принадлежат иному региону, чем раковины верхнемеловых и четвертичных (?) форм. Да и последние населяли несопоставимые по температурным условиям и химическому режиму бассейны. Чтобы решить этот вопрос, необходимо, по-видимому, сопоставить элементарные составы раковин одного региона, характеризующие разрез морских отложений с меньшими временными диапазонами, чем юра - мел - четвертичный период. Такой анализ попытаемся сделать по раковинам из морских четвертичных отложений крайнего Северо-Востока СССР (коллекция О.М. Петрова, Геологический институт Академии наук СССР).

Нижнечетвертичные формы представлены Cyprina islandica L. (?) и Macoma (Tellina) calcarea (Chmelin). Несмотря на то, что они весьма различны и в систематическом и отчасти в экологическом отношении, состав призматических слоев их раковин почти аналогичен (рис. 6,А). Характерными для них являются очень высокие значения бария, превышающие его содержание в верхнеюрских раковинах, и стронция (100x10^-2%!). Эпидермальный слой изучен только для первой из названных раковин (рис. 6, Б). Наиболее существенная его черта - исключительно высокое содержание бария (50x10^-2%), которое согласуется с большим количеством бария в призматическом слое. В эпидермальном слое этой раковины обнаружено также самое высокое содержание стронция (около 200x10^-2%), которому в настоящее время нельзя дать сколько-нибудь удовлетворительное объяснение. Следует напомнить, что и в призматическом слое стронция очень много, отчего указанная цифра не может считаться случайной.

Из вышележащих пород, которые могут быть сопоставлены с санчуговскими отложениями Западной Сибири, проанализированы две раковины Astarte borealis (Chemn.) и одна - Cardium californiense Deshayes. На рис. 7,А приведены данные по составу призматического слоя первых двух раковин, для которых можно констатировать идентичность построенных кривых. Призматический слой Astarte borealis (Chemn.) отличается только в деталях, а именно отсутствием меди и никеля. Почти столь же схожи раковины Astarte borealis (Chemn.) по составу эпидермального слоя, в котором незначительно варьирует лишь количество меди, циркония и иттрия (рис.7, В).

Сравнивая приведенные данные по составу нижнечетвертичных и менее древних, параллелизуемых с санчуговскими форм, необходимо отметить их явные отличия. В призматическом слое нижнечетвертичных раковин много бария, а в «санчуговских» он не обнаружен. В эпидермальном слое нижнечетвертичных форм больше кремния (то же было отмечено при сравнении мезозойских раковин с четвертичными раковинами низовьев р. Енисея) и отсутствует ряд элементов, известных в эпидермисе «санчуговских» раковин (медь, берилий, кобальт, галий, никель). Иными словами, в данном случае опять, как и при сравнении призматического слоя мезозойских и четвертичных раковин западных районов Сибири, наблюдается обеднение состава эпидермального слоя древних раковин.

К сожалению, из отложений, параллелизуемых с казанцевскими, проанализированы раковины Buccinum sp. и Neptunea sp., не имеющие эпидермального слоя. По этой причине или в связи с небольшим временным диапазоном между «санчуговскими» и «казанцевскими» отложениями при сравнении соответствующих диаграмм (рис. 7,А и 8) не удается обнаружить четкие черты различия. Вместе с тем кривые состава призматического слоя «казанцевских» форм, как и «санчуговских», резко разнятся от соответствующих кривых, составленных для нижнечетвертичных форм.

Подытоживая изложенное, можно констатировать существование целого ряда общих черт, характеризующих раковины определенной возрастной принадлежности. С другой стороны, раковины разновозрастных горизонтов отличаются друг от друга. Следовательно, элементарный состав раковин является коррелятивным стратиграфическим признаком, включающий как качественные (наличие или отсутствие определенных элементов), так и количественные (относительно большее или меньшее содержание каких-либо элементов) признаки. Качественные признаки выявляются полно, чего нельзя сказать про количественные. Вероятно, лучшие результаты были бы получены при использовании точных оценок содержаний элементов, которые не может дать полуколичественный спектральный анализ. Его применение позволяет определить большое число элементов и, следовательно, сделать сопоставления по многим компонентам. Это положительное качество результатов полуколичественного спектрального анализа может помочь выявить особые черты бассейна, служившего местом обитания организмов и областью осадконакопления (сравнение составов раковин и вмещающих их грунтов). Однако дальнейшие связанные с анализом относительных содержаний элементов палеогеографические реконструкции затруднятся широкими градациями, в которых даются количественные оценки конкретных элементов. Весьма интересно было бы, например, рассмотреть отношения кальция к магнию, но максимальная оценка первого из них дается в виде > 10% или ≥ 10%. То же самое относится к железу, кремнию и некоторым другим элементам.

Своеобразие состава раковин, не связанное с их возрастом, было отмечено выше. Для сравнения разновозрастных четвертичных форм был избран разрез морских отложений, тяготеющий к Берингову морю, что исключало возможность ошибочного принятия региональных различий за возрастные. Только один признак - повышенное содержание кремния - получил возрастное толкование. Все прочие качественные или количественные признаки, повторяющиеся у ряда форм, а следовательно, не связанные с особыми биогеохимическими свойствами индивидуумов, по существу отражают специфику среды обитания. Если для стратиграфических построений необходимо выяснить изменения среды во времени, то те же данные могут быть использованы и для восстановления палеогеографических условий бассейна на небольшом отрезке времени или для выяснения различий между участками одного и того же бассейна или разных, удаленных друг от друга бассейнов.

Выше отмечалось очень высокое содержание бария и стронция в раковинах из нижнечетвертичных отложений района Берингова моря. Оно отражало повышенное содержание этих элементов в осадках бассейна того времени. Но даже не имея данных, характеризующих элементарный состав вмещающих пород, можно было бы прийти к этому заключению, основываясь на приведенных выше примерах закономерного возрастания некоторых элементов в ряду грунт - призматический слой - эпидермальный слой. Для этой цели существенно на основе большого количества аналитических данных установить функциональную зависимость между содержаниями элементов в породах и определенных частях раковин. Пока, к сожалению, приходится ограничиться только констатацией факта параллельного увеличения содержания элементов в раковинах и вмещающих породах. Большое значение для познания биогеохимических функций организмов и восстановления палеогеографических условий имеет, по-видимому, выяснение отношений между элементами. Так, например, отношение стронция к барию в рассматриваемых породах колеблется от 0,3 до 0,5, а в призматическом слое раковин возрастает до 10-20. Столь же показательными являются отношения марганца к магнию, кальция к магнию и некоторые другие. Не меньших результатов можно добиться при изучении редких элементов, концентрирующихся в силу жизнедеятельности организмов в их раковинах.

В работе О.В. Суздальского [1963] , посвященной химическому элементарному составу раковин морских моллюсков низовьев р. Енисея, приводились сведения о наличии в раковине Cyrtodaria jenisseae (?) Sachs элемента, до сих пор не обнаруженного в грунтах. На этом основании было высказано мнение о приносе материала (растворов?) с северо-западной части Сибирского плоскогорья, из области развития гидротермально измененных пород. Интересно рассмотреть с этой точки зрения состав раковин современных моллюсков, одновозрастных, но обитающих в разных частях Карского моря. Одна из них, Astarte crenata (Gray) (рис. 9, В), встречена на восточной окраине Карского моря близ Северной Земли (коллекция Н.Н. Куликова).

Исходя из положения о прямой зависимости между содержаниями большинства элементов в среде обитания и раковинах, следует предположить, что в этом районе питательная среда моллюсков содержит большое количество разнообразных элементов (бария, ванадия, молибдена, свинца, иттрия и др.). Astarte borealis (Chemn.) из донной пробы, взятой у о. Свердруп (рис.9, А), и тем более A. montagui (Dillwin) из донной пробы, взятой к северо-востоку от о. Диксон (рис. 9,Г), отличаются от A. crenata (Gray). Первая из них содержит меньшее число элементов, а вторая - весьма ограниченное. Следовательно, в направлении от Северной Земли, к островам Свердруп и Диксон происходит обеднение содержаний ряда элементов в морской воде и грунтах. Судя по географическому положению пунктов, это объясняется удаленностью их от береговой линии и постепенным увеличением роли выноса пресных вод мощными реками Енисеем и Пясиной. Кроме того, можно предположить, что повышенное содержание марганца в призматическом слое Astarte borealis (Chemn.), возможно, свидетельствует о преобладании окислительной обстановки на местообитании моллюска, так как существует мнение о связи между отношением окислов марганца к магнию и окислительной обстановкой. Не исключено также повышенное содержание стронция в придонной части моря близ о. Свердруп и, вероятно, невысокое содержание солей, определяемое по низкому содержанию магния.

Подобные, пока весьма спорные выводы можно сделать и на основании анализа состава ископаемых раковин из морских отложений Усть-Енисейской впадины. Как видно на рис. 2, формы, обитавшие в районе современного бассейна р. Енисея, содержат меньше стронция, чем формы, обитавшие в более западных частях бассейна. Поскольку содержание стронция в морской воде несравнимо выше, чем в пресных водоемах, следует предположить, что в районе современного бассейна р. Танамы существовали более типичные морские условия. По количеству элементов в эпидермальных слоях раковины с р. Танамы, напротив, несколько беднее раковин с р. Енисея. Это объясняется выносом минеральных компонентов с Сибирской платформы, расположенной в непосредственной близости от р. Енисея. Таким образом, определяется общая картина возрастания типично морских условий в западном направлении. Примеры восстановления моментов древнего бассейна можно было бы умножить, однако это не входило в задачи настоящей статьи. Автор ставил целью показать возможность использования элементарного состава раковин при решении стратиграфических и палеогеографических вопросов. Расчленение морских отложений или реконструкции элементов палеогеографии бассейнов прошлого на этой основе должны базироваться на систематическом материале. Можно надеяться, что применение спектрального анализа и других методов лабораторного исследования к раковинам фораминифер, остракод, к панцирям диатомей или спорам окажется полезным и позволит установить неизвестные ныне черты их комплексов.

Литература

1. Бетехтин А.Г. Минералогия. Госгеолтехиздат, 1950.

2. Гинзбург И.И. Опыт разработки теоретических основ геохимических методов поисков руд цветных и редких металлов. Госгеолтехиздат, 1957.

3. Вернадский В.И. Химический состав живого вещества. Изд. АН СССР, Л., 1922.

4. Вернадский В.И. Живое вещество в химии моря. Науч.хим-техн. издат. Л., 1923.

5. Вернадский В.И. Проблемы биогеохимии. Изд. АН СССР, М.-Л., 1935.

6. Виноградов А.П. К химическому познанию биосферы. "Почвоведение", № 7, 1945.

7. Виноградов А.П., Боровик-Романова Т.Ф. К геохимии стронция. Докл. АН СССР, нов.сер., т.46, № 5, 1945.

8. Виноградов А.П. Химический элементарный состав организмов моря. Труды Биогеохим. лаб. АН СССР, вып. 3, 1935, вып. 4, 1937.

9. Виноградов А.П. Геохимия живого вещества. Изд. АН СССР, Л., 1932.

10. Виноградов А.П. Химический элементарный состав морских организмов в связи с вопросами их систематики и морфологии. "Природа", № 3, 1931.

11. Микроэлементы в жизни растений и животных. Издат. АН СССР, 1952.

12. Самойлов Я.В. Биолиты. Изд. АН СССР, Л., 1929.

13. Стайлс В. Микроэлементы в жизни растений и животных. Изд. иностр. лит., М., 1949.

14. Суздальский О.В. О элементарном составе раковин моллюсков из морских отложений Усть-Енисейской впадины. Ученые записки НИИГА. Регион. геол., вып. 2, 1963.

15. Ткалич С.М. Практическое руководство по биогеохимическому методу поисков рудных месторождений. Госгеолтехиздат, М., 1959.