Послание «чёртовых пальцев»

Алексей Иванов
«Троицкий вариант» №21(115), 23 октября 2012 года

Один из главных принципов геологических исследований — принцип актуализма, сформулированный Джеймсом Хаттоном еще в 1795 году, — говорит, что процессы на Земле сегодня и в глубоком прошлом происходили одинаково. По большому счету это действительно так. Например, горы растут по границам тектонических плит, по ним вниз сбегают реки, разрушая свои берега, материал с континентов таким образом поступает в океаны. Всё это происходит сегодня, происходило и в прошлом. Легко найти и другие примеры. Вулканы извергались на суше и под водой раньше и продолжают это делать сегодня. Тем не менее для современных геологов не секрет, что скорости таких процессов совершенно не обязательно оставались постоянными в ходе всей геологической истории. Еще одно доказательство этому нашла группа исследователей из Института геонаук Польской академии наук [1], проанализировав изотопный состав стронция в белемнитах, в простонародье называемых «чёртовыми пальцами» за форму их раковины (рис. 1), — палеонтологических останках моллюсков, живших в мезозойскую эру. Суть исследования [1] заключается в следующем: в раковины моллюсков из морской воды вместе с кальцием попадает стронций. Измеряя изотопный состав стронция в этих моллюсках, можно напрямую сказать, каков был изотопный состав стронция в морской воде во время их жизни.

Рис. 1. Белемниты — вымершие моллюски. Фото с сайта www.ammonit.ru

Стронций поступает в океаны из трех основных резервуаров: (1) с континентов, которые характеризуются разнообразными, но в целом высокими значениями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, (2) из подводных вулканов, преимущественно срединно-океанических хребтов с низкими значениями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, и (3) из предшествующих морских карбонатов, у которых изотопный состав стронция также варьирующий, но находящийся между высокими континентальными и низкими вулканическими значениями (рис. 2). Из данных по изотопному составу стронция в воде современных океанов известно, что он везде одинаков, независимо от географического положения. Происходит это благодаря очень быстрому перемешиванию морской воды и гомогенизации, в частности, изотопного состава стронция по всему миру. Принцип актуализма в данном случае вполне применим к изучению палеоокеанов.

Рис. 2. Принципиальная схема поступления стронция в океаны [2]

Многолетние исследования позволили восстановить кривую изотопного состава стронция для палеоокеанов, показав отчетливые максимумы и минимумы, связанные с изменением поступления стронция в морскую воду с континентов в периоды максимальных оледенений и с океанического дна из-за повышенной вулканической активности (рис. 3). Несмотря на то что достоверность общих вариаций этой кривой высока, точность и детальность кривой достаточно сильно отличается для разных временных промежутков времени. В частности, момент снижения значений ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в середине мезозойской эры (в средней юре) оставался слабо изученным. Рассматриваемая работа была посвящена как раз белемнитам, отобранным из среднеюрских отложений Польши и Германии, где такие отложения хорошо представлены.

Рис. 3. Вариации изотопного состава стронция в морской воде в прошлом и их возможные причины [3]. Красной кривой показаны детальные данные, полученные по белемнитам из среднеюрских отложений Польши и Германии [1]

В итоге, вариации изотопов стронция в морской воде этого времени было установлено с очень высокой точностью. Резкое падение значений ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ниже 0,7069, по-видимому, связано с аномально высокой скоростью раздвижения океанического дна, что вызвало аномально высокую вулканическую активность. По крайней мере, об этом говорят нам «чёртовы пальцы».

1. Wierzbowski H., Anczkiewicz R., Bazarnik J., Pawlak J. Strontium isotope variations in Middle Jurassic (Late Bajocian — Callovian) seawater: Implications for Earth’s tectonic activity and marine environments. Chemical Geology, in press.
2. DePaolo D.J. Correlating rocks with strontium isotopes. Geotimes, 1987, Dec., p. 16–18.
3. Armstrong R.L. Glacial erosion and the variable isotopic composition of strontium in sea water. Nature Physical Sciences, 1971, v. 230, p. 132–133.