Научная статья на тему 'Болгарский геологический феномен'

Болгарский геологический феномен Текст научной статьи по специальности «Геология»

152
41
Поделиться

Текст научной работы на тему «Болгарский геологический феномен»

БОЛГАРСКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФЕНОМЕН

Д. г.-м. н.

Я. Э. Юдович

yudovich@geo.komisc.ru

К. г.-м. н.

О. С. Ветошкина

vetoshkina@geo.komisc.ru

С. н. с.

М. П. Кетрис

В 18 км западнее приморского болгарского города Варны, по обеим сторонам шоссе Варна—София, расположен замечательный туристический объект, который называется по-болгарски «Побитите камъни» («Вбитые камни» — буквальный перевод с турецкого «БШИ 1а8Ь»), а также «Каменный лес» — название, которое в туристической книжице почему-то дают только на английском, немецком и французском языках, но не на русском. Это скопление удивительных каменных столбов — цилиндрических известковых колонн высотой до 5—8 м и диаметром 0.6— 2.25 м, как правило пустотелых — трубообразных (рис. 1—3). Не удивительно, что древние люди поклонялись этим, откровенно фаллическим символам (рис. 4), а в наши дни знаменитая слепая прорицательница Ванга уверяла доверчивых слушателей, что она-де подзаряжалась энергией, излучаемой каменными столбами...

может закончиться! Ибо хотелось снимать и снимать это чудо природы безостановочно, хотя мы и понимали, что профессиональные фотографы давно сделали это лучше нас...

В действительности объект, куда возят туристов, — это

Рис.П. Южная часть Центральной группы каменных столбов — туристический объект. Характерный вид группы каменных столбов, поразительно напоминающих стволы деревьев

В сентябре 2008 г. на отдыхе в туристическом комплексе «Св. Константин и Св. Елена» нам посчастливилось принять участие в экскурсии на «Побитите камъни» и порадоваться тому, что в цифровом фотоаппарате нет пленки, которая

лишь один из шести аналогичных ниж-неэоценовых объектов («групп») в окрестностях Варны — так называемая Центральная группа. Группы располагаются в узкой (1 км) пустынной полосе длиной 30 км — между селами Аврен на юге и Боново на севере. В каждой группе болгарские геологи [3, с. 7— 31] выделяют более компактные скопления столбов — «площади». Всего ими закар-тировано 18 таких площадей со сближенными колоннами. Например, посещаемая туристами Центральная группа разделяется лентой шоссе Варна—София на большую Южную площадь и маленькую Северную, а самая крупная Белославская группа, расположенная к ЮВ от Бело-славского озера, включает шесть площадей, на которых, к счастью для геологов, обнажаются различные горизонты разреза нижнего эоцена.

Рис.[2,3. Хорошо видно, что столбы трубообразны — полые внутри. (На переднем плане М. П. Кетрис, Я. Э. Юдович)

Болгарский геологический феномен изучается уже около 175 лет, и, как всегда в геологии, выдвинута не одна генетическая гипотеза: авторы последней книжки, отец и сын Иван и Чавдар Начевы [3], насчитали их около десятка! По свидетельству Зд. Илиева и др. [10], первые сведения о Вбитых камнях появились в заметке военного коррес-

Рис.З. Не удивительно, что столбы откровенно фаллического облика были предметом поклонения древних людей

пондента С.Теплякова еще в 1833 г., а первые гипотезы об их генезисе также датируются 19-м столетием (две публикации Spratt, 1856 и две — Toula, 1890, 1892). C 1937 г. этот природный памятник объявлен в Болгарии охраняемой территорией; соответствующий государственный документ дополнялся в 1938, 1973, 1981 и 1995 гг. К сожалению, карьерная разработка песков к северу от г. Белослава привела к утрате многих каменных колонн.

Об этом феномене писали в 1963 г. и в нашей «Природе» [1], а всего насчитывают около 60 публикаций. Среди авторов, трактовавших данный феномен или ему подобные, без достаточных оснований называют и Чарлза Дарвина, описавшего в отчете о своем путешествии на «Бигле» (1831—1836) «каменную гору» в местности Bald Heald в ЮЗ Австралии, состоящую из цилиндрических столбов известкового песчаника. По уверению Кр. Заха-риевой-Ковачевой [2, с. 365], опубликованное в 1875 г. на французском языке дарвиновское описание «напълно еъспроизеежда на нашите «Побити камъни». На самом деле в русском тексте книги Дарвина написано следующее [5, с. 377]: «Однажды я сопровождал капитана Фиц-Роя на Болд-Хелд; место это упоминается многими мореплавателями, где одни якобы видели кораллы, а другие — окаменелые деревья, стоящие в таком же положении, как в свое время росли. На наш взгляд, слои здесь образовались из нанесенного ветром тонкого песка, состоящего из крохотных окатанных частиц раковин и кораллов; песок постепенно покрывал ветки и корни деревьев, а также множество наземных моллюсков. Затем все это отвердевало вследствие того, что туда просачивались известковые вещества, а цилиндрические полости, оставшиеся после разложения дерева, точно так же были заполнены твердым псевдо-сталактитовым камнем. В настоящее время дождь и ветер уносят более мягкие части, а потом слепки корней и ветвей деревьев выходят на поверхность и производят обманчивое впечатление мертвого леса».

Из дарвиновского описания очевидно, что Кристина Захариева-Кочи-ева поторопилась выдать желаемое за действительное — болгарские каменные столбы, находящиеся в нормально-морских (а не наземных) отложениях, никаких корней или ветвей не име-

ют, а сходство их со стволами деревьев — не большее, чем у любого столба с округлым сечением.

В наиболее обстоятельном современном исследовании Ивана и Чавда-ра Начевых подчеркнуты следующие диагностические признаки каменных столбов [3]:

1. Это единичные простые, реже сдвоенные и осложненные боковыми выростами вертикальные цилиндрические карбонатные столбы и/или группы таких столбов, размещенные в рыхлых бескарбонатных кварцевых песках и алевритах. Судя по одинаковым палеонтологическим остаткам, столбы явно сингенетичны с вмещающими породами и ни в коем случае не могут трактоваться как постседимен-тационные «конкреции» [2, с. 365].

2. Текстура столбов имеет характерную поперечную зональность: прочную сильно карбонатизирован-ную периферию, сложенную карбонатным песчаником или алевролитом (со всеми переходами к песчанистому или алевритовому известняку), и рыхлую сердцевину, сложенную такими же бескарбонатными песками и алевритами, как и вмещающие породы. В современном гипергенезе эта сердцевина выветривается, и в результате образуется внутренняя полость, а столбы превращаются в трубы (каковыми они скорее всего и были первоначально — добавим от себя!). Впрочем, некоторые группы особо толстых столбов имеют не круглое, а полигональное сечение.

3. Субстратом столбов является твердый известковый хардграунд на приподнятых участках былого песчаного морского дна (добавим от себя: но отнюдь не ископаемая почва, чего следовало бы ожидать, будь столбы окаменелыми деревьями!). Перекрывается вся «столбоносная» дикилиташ-ская свита ипрского возраста (около 51—52 млн лет назад) пластами литорального, сублиторального или неритового нуммулитового известняка.

4. Процесс формирования карбонатных столбов на протяжении ипр-ского века раннего эоцена несколько раз повторялся. Так, в Белославском карьере удается в разрезе мощностью 40— 45 м наблюдать уникальную картину: пять горизонтов (уровней) со столбами высотой до 10 м и диаметром до 2, иногда — до 6 м. В других же местностях обнажаются только некоторые из этих уровней — чаще только два верх-

них. Уровни разделяются мелководными нуммулитовыми известняками.

5. Карбонатное вещество в столбах — биогенное. Под микроскопом оно образует два морфотипа: темный интерстициальный микробиально-водорослевый микрит (с реликтами клеток цианобактерий или водорослей) и более поздний светлый микроспарит с примесью терригенных зерен.

6. Важной особенностью (ранее не замеченной) столбов в «промежуточной фациальной зоне», т. е. средней между северной, относительно более глубоководной (существенно терри-генной), и южной — более мелководной (более карбонатной) — является широкое развитие в нижних частях столбов биоморфных образований — карбонатных строматолитов, сферических и гроздьевидных онкоидов (размерами до 20 см) с концентрической зональностью и трубчатых ихно-фоссилей — карбонатных выполнений по ходам червей-аннелид. Рассмотрев 11 (!) предложенных ранее гипотез о генезисе столбов, Начевы все их отвергли и предложили свою. Они сочли возможным сопоставить столбы с «микроатоллами» и назвали болгарский феномен так: «Варненские бактериально-водорослевые колонны».

Однако даже эта ультрасовременная концепция, в которой учтены новейшие палеонтологические данные (строматолиты, онкоиды, ихнофосси-лии) не отвечает на главный вопрос: почему же эти «микроатоллы» имеют такую поразительно правильную трубообразную форму?

Наиболее соблазнительно было бы считать столбы окаменевшими деревьями, в пользу чего высказался наш известный палеонтолог Л. Ш. Давиташвили [1]. Казалось, что его соавтор, болгарская палеонтологиня Кр. Захариева-Кова-чева в 1969 г. нашла решающую улику древесной природы столбов: в одном из столбов во внутренней полости (которая часто бывает пустой) ей удалось обнаружить остаток минерализованного ствола болотного кипариса, наиболее близкого к виду Taxodium distichum R i ch Итак, природная загадка разгадана? Все столбы — суть окаменелые деревья прибрежных эоценовых болот (например, затопленные морской трансгрессией): просто в них древесная ткань полностью сгнила, и от нее не осталось никаких следов. К сожалению, эта соблазнительная идея находится в серьезном противоречии с фактами:

г® ‘Sec&iutc, февраль, 2009 г., № 2

Рис.Й. Микроструктура столбов. Угловатые зерна кварца и полевого шпата скреплены кристаллическим (спаритовым) кальцитовым цементом базального типа. Обр. 1, с анализатором

Рис.И. Микроструктура столбов. Менее карбонатная порода: цементация контактового типа—мелкие зерна карбоната развиваются только на контактах зерен. Обр. 2, без анализатора

Рис.П. Странные кольца карбоната в карбонатном песчанике — возможно, это «микротрубы» внутри большого трубообразного столба? Обр. 3, с анализатором

1. Минерализованные «леса» отнюдь не являются редкостью [6]. Однако они «растут» на субстрате, который представляет собою углистую породу — ископаемую почву. Например, в разрезе нижнемеловых угленосных отложений Кангалас-ского мыса нами было задокументировано до десятка горизонтов ископаемых почв с «растущими» на них пеньками — либо углефициро-ванными, либо минерализованными карбонатом [7]. Но болгарские каменные столбы, как уже сказано, «растут» на морском известняковом хардграунде. Предположить же (что допускал, в частности, Давиташвили), что это были громадные водоросли (а не деревья) — опять-таки нельзя: почему же они минерализовались в форме труб?

2. Все минерализованные (карбонатом, кремнеземом, сульфидами) деревья, даже если в них уже совсем не осталось органического вещества, сохраняют реликты структуры замещенной древесины (чаще всего только периферии ствола — его коры). Здесь же, как показано всеми исследователями и как видно и в наших образцах (рис. 5—

7), столбы сложены отнюдь не псев-доморфной минерализацией, а самой настоящей осадочной породой — в данном случае, известковым кварцевым песчаником (или песчанистым известняком). Каким образом нормальная осадочная порода может полностью заместить ствол, не оставив никаких следов от его былой текстуры, — непонятно. Представить этого никак нельзя.

Но если это не деревья, то что же? Одна любопытная идея на этот счет уже выдвигалась — столбы трактовались как трубы былой разгрузки метана. Однако Начевы об этой идее высказались в английском резюме своей книжки весьма пренебрежительно: «The methane-derivative hypothesis is an idea without any scientific grounds» [3, с. 106]. Между тем нельзя не видеть известного сходства Болгарского феномена с «Покинутым городом» (Lost City) на Срединно-Атлантическом хребте, где карбонатные трубы-башни высотой до 60 м сформированы низкотемпературными водородно-метановыми «вентами», ге-

нерированными абиогенным процессом серпентинизации подстилающих гипербазитов [11]. Отличить нормально-морской карбонат от метаногенного можно с помощью изотопного анализа карбонатного углерода: если карбонатное вещество столбов является обычным морским, то оно должно

иметь нормальный изотопный состав углерода, т. е. величину

§°Скарб = 0±2 %о.

Чтобы проверить эту идею, во время посещения с тургруппой Южного поля Центральной группы каменных столбов в сентябре 2008 г. мы отобрали три кусочка Карбонатного песчаниКа из трех разных столбов1. Шлифы показали вполне однотипную картину — карбонатные песчаники, в которых угловатые обломочные зерна кварца и полевого шпата скрепляются кальцитовым цементом двух типов — базального (рис. 5, 7) и контактового (рис. 6). Помимо карбонатного цемента (преимущественно спаритового, микрита мы здесь не видим) здесь попадаются раковинки фораминифер, а также удивительные кольцевые карбонатные образования — возможно, «микротрубы» (?) (рис. 7).

Изотопный анализ карбонатного вещества осуществила О. С. Ветошкина на масс-спектрометре Delta V Advantage, используя метод Continiuos Flow, с применением устройства про-боподготовки Gas Bench II. Образцы разлагались концентрированной орто-фосфорной кислотой по стандартной методике. Для определения изотопного состава Скарб и Окарб использовали СО2, полученный при растворении кальцита при 80 оС в течение 1 часа. В качестве лабораторного рабочего стандарта использовали СО2 со значениями S13C = -50.2 % (PDB) и S18O = -4.0 % (SMOW). Лабораторный стандарт калибровали по международному аттестованному стандарту KN-2. Настройка и работа прибора и регистрация данных осуществлялись в автоматическом режиме под контролем компьютерной системы с программным обеспечением ISODAT NT. Результаты приведены в таблице в единицах PDB для углерода и в единицах SMOW — для кислорода. Погрешность воспроизводимости параллельных определений составляет 0.1 % по углероду и 0.2 % по кислороду

Как видно в таблице, породы должны аттестоваться как псаммо-мергели, содержащие 35—40 % карбонатного вещества, представленного чистым кальцитом. Изотопный анализ двух образцов показал исключительно легкий углерод, который невозможен даже для диагенетического карбоната, обогащенного биогенным легким изо-

1 Не могло быть и речи, чтобы ОТБИВАТЬ образцы от столбов в национальном геологическом памятнике Болгарии, включенном в реестр Охраняемых территорий ЮНЕСКО! Поэтому мы просто подобрали лежавшие на грунте кусочки.

‘Sec&iutc, февраль, 2009 г., № 2

ФазовьійНимическийИостав[(%)ввзотопньійИостав*йарбонатного[0глерода[й кислородаВйрех ИбразцахИзйаменныхИтолбовЩентральнойИруппы (Южный участок)

Образец И Н.о.П co2d CaOD MnOD Ге20зС MgOD P2O5 □ 813C,[%oD (PDB) □ 8180,[%oD (SMOW)D

1 64.00 15.19 18.97 0.02 0.09 0.59 0.006 -31.34±0.04 28.36±0.06

2 74.95 10.58 13.40 <0.02 <0.05 <0.5 0.009 -5.77±0.06 20.26±0.04

3 61.51 15.70 20.52 <0.01 <0.05 <0.5 0.042 -23.27±0.04 26.47±0.05

*Каждая цифра — среднее из двух определений.

топом 12С. Такой состав могут иметь только карбонаты, образовавшиеся при окислении метана по схеме: СН4+О2=СО2; СО2+Н2О=Н2СО3; СО32- +Са2+=СаСО3. В обр. 2 карбонатный углерод, очевидно, имеет смешанную природу — нормально-морскую и метаногенную.

Когда Ольга Савватьевна Ветошкина осенью 2008 г. делала изотопные анализы, мы не подозревали о том, что нас уже опередили! Редактор Трудов геологического общества Болгарии прислал нам свежее сообщение Евы де Бувер с бельгийскими и болгарскими коллегами, где были приведены изотопные анализы карбонатов каменных столбов

[8], опубликованные ими еще в 2006 г. в престижном Sed. Geology, в которых значения 513Скарб достигали —44.5 %

[9] с сильными вариациями (до 8 %) в пределах одного столба.

Примеров современного (или очень недавнего) образования изотопно-легких метаногенных карбонатов известно уже немало. Так, как отмечают Э. М. Прасолов и др. [4], в зонах современной подводной разгрузки флюидов на морское дно импульсно поступает катагене-тический («термогенный») метан с величинами 513С в диапазоне от —30 до —50 %о. В местах этих сипов формируются карбонаты, представляющие смесь нормального морского карбоната с 513Скарб около 0 и сильно изотопно облегченного карбоната, образованного при окислении метана. Вследствие этого средний изотопный состав углерода таких карбонатов резко аномален и близок к —40, достигая такого фантастического значения, как —46.2 %о. В нижней части шельфа в СЗ части Черного моря на глубине 230 м обнаружены известковые образования высотой до 4 м, располагающиеся над выходами метана. Они образованы бактериями-археями, разрушающими метан. По существу, это как бы «бактериальные рифы» [12].

Могла ли быть территория морского дна раннеэоценового моря в окрестностях Варны зоной разгрузки метановых флюидов? На наш взгляд, это вполне вероятно. Во-первых, такая

идея подтверждается расположением некоторых столбов — строго «по линейке», что возможно в случае поступления метана по разломам. Начевы описывают такую картину в Страши-мировской группе, а также на Бело-славской—западной площади [3, с. 101—102]. Во-вторых, согласно их палеогеографической реконструкции, площадь со столбами находилась в зоне перехода от шельфа (на севере) к предгорному Куло-Обзорскому прогибу (на юге) — перед воздымающимся Балкано-Альпийским орогеном.

Не имея достоверной геологической информации, мы все же рискнем предположить, что на границе шельфа и прогиба вполне могла существовать система глубинных разломов, по которым происходила струйная разгрузка метана. В местах разгрузки метана формировались оазисы жизни: здесь селились колониальные цианеи, маты которых сформировали слоистые постройки-строматолиты; пошли в рост колонии архей-метанотрофов, которыми в свою очередь питались нанопланктон, донные фораминиферы и нуммулиты. При обильном бактериально-водорослевом питании у основания колонн (каналов разгрузки метана) охотно селились дву-створки и губки; свежий карбонатный осадок энергично перерабатывался чер-вями-аннелидами, извлекавшими из него остатки органики. В целом «метановый» механизм формирования каменных столбов выглядит достаточно правдоподобным (а Ева де Бувер с коллегами [8, 9] в нем вообще нисколько не сомневаются).

Остается одно темное пятнышко на этой красивой картине: найденный Кристиной Захариевой-Ковачевой реликт ствола таксодиевых. Непонятно: как его согласовать с метановой гипотезой? Аналогичный вопрос как-то задавали себе наши офицеры — герои великой повести Виктора Некрасова «В окопах Сталинграда»: «Как это мы смогли победить немцев? Ведь они были намного нас сильнее». И отвечали на этот вопрос чисто по-русски: «А <■■■> его знает... ».

По правде говоря, и в нашем случае трудно придумать иной ответ...

Сердечно благодарим профессора Софийского университета Грету Марковну Ескенази за помощь с болгарской литературой. Канд. г.-м. наук Наталья Юрьевна Никулова помогла нам сфотографировать шлифы. Редактор Трудов Болгарского геологического общества Радослав Наков любезно прислал нам две статьи, в том числе и самую свежую публикацию болгарско-бельгийского коллектива [8].

Литература

1. Давиташвили Л. Ш., Захариева-Ковачева Кр. Загадка «каменного леса» в Болгарии // Природа, 1963. № 9. С. 90— 91. 2. Захариева-Ковачева Кр. Отново по въпроса за «Каменната гора» (Дикилиташ) в околностите на Варна // Спис. Бълг. геол. друж-во, 1969. С. 30, № 3. С. 364—368. 3. Начев И. К., Начев Ч. И. «Побитите камъни» — бактериално-водораслови колони. София: Артик-2001. 110 с. 4. Прасолов Э. М., Лохов К. И., Логвина Е. А.и др. Происхождение карбонатов в районах современной подводной разгрузки флюидов по данным изотопной геохимии (Черное и Охотское моря, Кадисский залив) // Региональная геология и металлогения, 2006. № 28. С. 158—173. 5. Чарлз Дарвин. Путешествие натуралиста вокруг света на корабле «Бигль». М.: Мысль, 1976. 453 с.

6.\ЮдовичЯ. Э. Геохимия угольных включений в осадочных породах. Л.: Наука, 1972. 84 с. 7. Юдович Я. Э. Грамм дороже тонны: Редкие элементы в углях. М.: Наука, 1989. 160 с. 8. De Boever E., Dimitrov L., Swennen R., MuchezP. Methane-derived fluid migration and processes of carbonate diagenesis — study of a paleo-seep system (Pobiti Kamani area, Varna, Bulgaria) // Geoscience 2008: Proc. Nat. Conf. Bulg. Geol. Soc. Sofia, 2008. Р. 65—66. 9. De Boever E., Swennen R., Dimitrov L. Lower Eocene carbonate cemented chimneys (Varna, NE Bulgaria): Formation mechanisms and the (a)biological mediation of chimneys growth? // Sed. Geol., 2006. Vol. 185, № 3—4. P. 159—173. 10. Olliev Z., Nikolov G., Kourtev K. “Pobitite kamani” (“Dikili-tash”, the upright columns), a unique natural and geologic phenomenon // Geol. Balcanica, 1998. Vol. 28, № 3—4. P. 87—90. 11. Kelley D. S., Brazelton W. J., Baross J. A. Lost City: Serpentinization and life // Geochim. Cosmochim. Acta, 2008. Vol. 72, № 12S. P. A 460. 12. Schumann G., Thiel V., Reitner J. Microbial reef communities at cold seeps on the lower Criomean shelf (Black Sea) // Schriftenr. Dtsch. Ges. Geowiss., 2005. № 39.

S. 351. ([Proc.] Intern/ Conf. and Ann. Meet. “GeoErlangen 2005: System Earth-Biosphere Coupling Regional Geology of Central Europe” (Erlangen: 24—29 Sept. 2005).