CC BY
0(Garrels, Mackenzie, 1971; Vail et al, 1977). Принятые геологические переменные менее чувствительны к чередованию орогенических циклов чем те, которые фиксируются по поступлению в атмосферу СО2 или накоплению в ней кислорода. Возможно, поэтому по ним фиксируются не все циклы.
Таким образом, представленные факты, как и те, которые были рассмотрены в первой статье (Ивлев, 2015а) подтверждают обоснованность модели, на основании которой сделан вывод о природе образования осадочных толщ богатых органическим веществом, об ограниченности во времени их образования. Дано объяснение их неравномерного стратиграфического распределения, которое связано с неравномерной скоростью распространения фотосинтеза. Рассмотрение функционирования природного редокс-цикла углерода ограничивалось периодом от возникновения фотосинтеза до достижения экологической точки компенсации. Функционирование цикла после достижения этой точки рассмотрено в третьей статье этой серии (Ивлев, 2015б)
Литература
45. Баженова О.К., Соколов Б.А. Происхождение нефти - фундаментальная проблема естествознания // Геология нефти и газа 2002. № 1. С. 2 - 7.
46. Вышемирский В.С., Конторович А.Э. Циклический характер нефтенакопления в истории Земли // Геология и геофизика 1997. Т.38. №5. С.907-918.
47. Ивлев А.А. Глобальный природный редокс
- цикл биосферного углерода I. От возникновения фотосинтеза до достижения экологической точки компенсации. Функционирование цикла после достижения экологической точки компенсации. Климатические осцилляции. // The scientific heritage 2015а № 6 (5) (в печати)
48. Ивлев А.А. Глобальный природный редокс
- цикл биосферного углерода III. Функционирование цикла после достижения экологической точки компенсации. Климатические осцилляции // The scientific heritage 2015а №6 (5) (в печати)
49. Корчагин В.И. Общая стратиграфическая шкала и распределение залежей нефти и газа по
стратиграфическим подразделениям фанерозоя и докембрия // Таблица, составленная на основании действ. Стратиграфического кодекса. М.: ВНИГНИ. 2001.
50. Andrusevich V.E., Engel M.H., Zumberge J.E. Effects of paleolatitude on the stable carbon isotope composition of crude oil // Geology 2000. V. 28. P. 847 - 850.
51. Andrusevich V.E., Engel M.H., Zumberge J.E., Brothers L.A. Secular, episodic changes in stable carbon isotope composition of crude oils // Chemical Geology 1998. V. 152. P. 59 -72.
52. Berner R.A., Canfield D.E.A new model for atmospheric oxygen over Phanerozoic time // Am J. Sci. 1989. V. 289. P. 333 - 361
53. Bjerrum C.J., Canifield D.E. New insight into the burial history of organic carbon on the early Earth // Geochim. Geophys.Geosyst. 2004. V. 5. Q08001.
54. Canfield D.E., Teske A. Late Proterozoic rise in atmospheric oxygen inferred from phylogenetic and sulphur-isotope studies // Nature 1996. V. 382. P. 127 - 132.
55. Gurnis M. (). Large-scale mantle convection and the aggregation and dispersal of supercontinents». Nature 1988 332 (6166): 695-699.
56. Harland, W.B., Armstrong, R.L., Cox, A.V., Craig, L.E., Smith, A.G., Smith, D.G., A geologic time scale, 1989 edition. Cambridge University Press, Cambridge.
57. Igamberdiev A.U., Lea P.J. Land plants equilibrate O2 and CO2 concentrations in the atmosphere. Photosynthesis Res. 2006. V. 87. P. 177 - 194.
58. Mackenzie F.T., Pigott J.D. Tectonic controls of Phanerozoic sedimentary rock cycling // J. Geol Soc. London 1981. V. 138. P. 183 - 196.
59. Murphy J. B., Nance R. D. (). «Supercontinents and the origin of mountain belts». Scientific American 1992 V. 266 (4). P. 84-91.
60. Rye R, Holland H.D. Paleosols and the evolution of atmospheric oxygen: a crtical review // Am. J. Sci. 1998. V. 298. P. 621-672.
61. Vail P.R., Mrrhum Jr.R., Thompson S. Seismic stratigraphy and global changes of the sea level // Met. Am. Assoc. Petrol. Geol. 1977. V. 26. P. 83-97.
Ивлев А.А.
профессор, профессор кафедры химии факультета почвоведения, агрохимии и экологии, Российский государственный аграрный университет - МСХА
им. К.А. Тимирязева
ГЛОБАЛЬНЫЙ ПРИРОДНЫЙ РЕДОКС - ЦИКЛ БИОСФЕРНОГО УГЛЕРОДА III. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЦИКЛА ПОСЛЕ ДОСТИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ТОЧКИ КОМПЕНСАЦИИ. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСЦИЛЛЯЦИИ
NATURAL GLOBAL REDOX - CYCLE OF BIOSPHERIC CARBON III. CARBON CYCLE FUNCTIONING AFTER ACHIEVEMENT OF ECOLOGICAL COMPENSATION POINT. CLIMATIC
OSCILLATIONS
Ivlev A.A., Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy АННОТАЦИЯ
Исследовалась природа короткопериодических циклов, называемых климатическими осцилляциями, появившихся в мезозое в виде чередования периодов потепления и похолодания. Проанализированы признаки, сопровождающие осцилляции, характерные для периодов потепления («парникового» эффекта) и
похолодания (оледенения). Установлено, что признаки осцилляций, в основном, совпадают с признаками, характерными для длиннопериодических орогенических циклов (Ивлев, 2015а,б). Сделан вывод об общности физической природы обоих циклов. Причиной появления цикличности в обоих случаях являются периодические инжекции СО2 из зон субдукции в систему «атмосфера - гидросфера», возникающие при столкновениях литосферных плит. Предположено, что разный период циклов обусловлен разным откликом природного редокс-цикла биосферного углерода на столкновения литосферных плит, вызванных кос-мофизическими факторами, в состоянии до наступления экологической точки компенсации и после ее достижения.
ABSTRACT
The nature of short-periodic cycles, termed climatic oscillations, that have appeared in the Mesozoic in the form of alternating periods of warming and cooling was investigated. The traits that accompany oscillations, characteristic of periods of warming (greenhouse effect) and cooling (glaciations) were analyzed. It was established that traits mainly coincide with those typical to long-period orogenic cycles (Ivlev, 2015а,Ь). It was concluded on common nature of both cycles. The reason for cyclicity in both cases is the periodic CO2 injections from the subduction zones into "atmosphere - hydrosphere" system that occur in lithospheric plates' collisions. According to the assumption, a different duration of the cycles caused by different response of natural redox-cycle of bio-spheric carbon on lithospheric plates' collisions which in turn depend on cosmophysical factors at the ecological compensation point and later.
Ключевые слова: редокс-цикл углерода, климатические осцилляции, «парниковый» эффект, оледенения, вулканические эксгаляции, фотосинтез, экологическая точка компенсации.
Keywords: redox-cycle of carbon, climatic oscillations, "greenhouse effect", glaciations, volcanic exhalations, photosynthesis, ecological compensation point.
В предыдущих статьях (Ивлев, 2015 а,б) показано, что глобальный фотосинтез в природе, как и при фотосинтезе С3 - растений, помещенных в закрытую камеру, при повышении концентрации кислорода стремится к точке компенсации за счет отрицательной обратной связи между фотоассимиляцией и фотодыханием. При этом концентрации СО2 и О2 в среде стабилизируются и начинают осциллировать около некоторого стационарного уровня. Показано, что рост концентрации кислорода в атмосфере происходил неравномерно на фоне чередующихся орогенических циклов, вызванных периодической инжекцией СО2, в результате столкновений литосферных плит при их движении. Движение неравномерное, апериодическое, состоящее из относительно короткого периода ускоренного движения плит, называемого орогенным, и относительно длительного периода медленного движения плит, называемого геосинклинальным. Оба периода составляют орогенический цикл.
Согласно гипотезе (Оитт8, 1988; Наг1аМ et а1., 1989), движение плит связано с движением Земли вокруг Солнца, что вызывает конвективные колебания магмы в недрах Земли. Вопросы этого взаимодействия до сих пор остаются дискуссионными. Мы назвали его влиянием космофизических факторов. После заполнения системы «атмосфера - гидросфера» окисленными формами углерода в оро-генный период происходит их исчерпывание за счет фотосинтеза в геосинклинальный период. Исчерпывание сопровождается вполне ощутимыми изменениями в химическом и изотопном составе осадочных пород, фиксируемых в геологической летописи. Расшифровка этих данных позволяет реконструировать палеообстановку и вероятные процессы, происходившие в биосфере и в земной коре в прошлые геологические эпохи.
Согласно оценкам Руттена (1978), длительность орогенических циклов составляла сотни миллионов лет (в том числе длительность орогенных
периодов составляла десятки миллионов лет, а геосинклинальных на порядок больше). По длительности и по предполагаемой связи движения литосферных плит с движением Земли вокруг Солнца ороге-нические циклы напоминают
суперконтинентальные циклы Вильсона, связанные с движением материков, с образованием и схлопы-ванием океанов (Parsons et al., 1977; Muller, Gordon, 1997; Zhao et al., 2004).
Начиная с мезозоя, редокс-цикл углерода обнаруживает короткие осцилляции (продолжительностью от сотен тысяч до нескольких миллионов лет). Их причина дискутируется. Чтобы пролить свет на природу осцилляций, рассмотрим признаки, сопровождающие их появление.
Каждый короткий цикл (осцилляция) состоит из фазы потепления («парникового» эффекта) и фазы похолодания (оледенения). Поэтому их назвали климатическими осцилляциями. Впервые они были зафиксированы в мезозое, на границе триаса - юры (~200млн лет назад) (Bacon et al., 2013), т.е. когда фотосинтезирующая Жизнь стала завоевывать сушу. Как показано в первой статье серии (Ивлев, 2015), средняя концентрация кислорода в атмосфере, которая в предшествующие орогениче-ские циклы росла, в мезозое, достигнув максимума, стабилизировалась и стала осциллировать около среднего уровня, близкого к современному. Был сделан вывод, что глобальный редокс-цикл биосферного углерода достиг экологической точки компенсации, т.е. такого уровня развития фотосинтеза, когда количество образованного восстановленного углерода приблизилось к количеству углерода, возвращаемого в окисленную форму в различных окислительных процессах биосферы и земной коры. В этом состоянии, согласно предположению, редокс-цикл углерода стал гораздо более чувствительным к столкновениям плит. Появились климатические осцилляции.
Признаки, сопровождающие появление климатических осцилляций изучались в работах многих авторов (Luciani et al., 2001; Beerling et al., 2002; Ratnayake et al., 2006; Korte, Hesselbo, 2011; Riding et al., 2013 и др.).
Логично допустить, что, если физические причины, лежащие в основе орогенических циклов и климатических осцилляций, одни и те же, то и сопровождающие их признаки должны быть одинаковыми, хотя их проявление в последнем носит локальный характер.
Анализируя характеристики климатических осцилляций, нетрудно заметить, что периоды «парникового» эффекта совпадают с периодами интенсивного вулканизма и сопровождаются аноксией. При этом «парниковый» эффект, по мнению многих исследователей, связан с поступлением из недр углекислого газа (Luciani et al., 2001; Bacon et al.,
2013). Бирлинг с соавт. (Beerling et al., 2002) отметили увеличение парциального давления СО2 на границе мела и третичного периода составило от 300 - 500 ррм до 2500 ррм.
Интенсивным магматизмом объясняли наступление аноксии за счет связывания кислорода восстановленными магматическими породами, поступающими на поверхность с вулканическими эксга-ляциями (Francecshi et al., 2014). В свою очередь, смена аэробной обстановки на аноксическую в период «парникового» эффекта приводила к массовой гибели дышащих организмов (Schobben et al.,
2014). Следствием стали существенные изменения в видовом составе флоры и фауны океана (Luciani et al., 2001; Korte, Hesselbo, 2011). В частности, повышенные температуры стимулировали распространение термофильных организмов (Riding et al., 2013; Gorican et al., 2013).
Массовая гибель организмов привела к образованию отложений «черных» сланцев - сланцевых глин богатых органическим веществом (Luciani et al., 2001; Korte, Hesselbo, 2011; Huang, Hesselbo, 2014).
Климатические осцилляции характеризуются также колебанием уровня моря. В период «парникового» эффекта уровень моря повышается, в период оледенения понижается (Luciani et al., 2001; Riding et al., 2013). Это связано с таянием ледников в «парниковый» период, и с их образованием в пе-
риод похолодания. Легко видеть, что перечисленные признаки осцилляций аналогичны тем, которые сопровождают рассмотренные ранее орогени-ческие циклы (Ивлев, 2015а,б).
Веским аргументом в пользу аналогии между климатическими осцилляциями и сменой орогени-ческих циклов являются сопровождающие осцилляции изотопные смещения углерода органического вещества и карбонатов пород (Owens et al., 2013; Riding et al., 2013). Эти смещения синхронны и касаются органического вещества как морского, так и терригенного типа (Korte, Hesselbo, 2011). Существенно, что знаки изотопных смещений соответствуют тем, которые можно было бы ожидать из предложенного понимания физической природы процессов. Во всех случаях в период потепления («парникового» эффекта), сопряженного с анок-сией, наблюдались отрицательные смещения изотопного состава углерода органического вещества. В соответствии с логикой модели (Ивлев, 2015а), отрицательное смещение изотопного состава органического углерода в фазу «парникового» эффекта климатических осцилляций объясняется так же, как и «облегчение» углерода органического вещества в орогенный период орогенического цикла. Оно связано с тем, что высокие концентрации СО2 в фазу «парникового» эффекта усиливают ассимиляционную функцию фотосинтезирующих организмов, которая приводит к обогащению биомассы «легким» изотопом. К тому же определенная часть СО2 поднимающаяся из зоны столкновения плит связана с окислением органического вещества пород при сульфатредукции, имеющего «легкий» изотопный состав.
Противоположный характер изотопных смещений в фазу похолодания (обогащение органического вещества изотопом 13С) объясняется увеличением в фазу похолодания концентрации кислорода в атмосфере и соответственно усилением фотодыхания у фотосинтезирующих организмов, что приводит к обогащению биомассы, а значит и органического вещества пород изотопом 13С.
Необходимо подчеркнуть, что изменения разных изотопных характеристик, а также неизотопных параметров, почти синхронны и хорошо коррелируют друг с другом. Иллюстрацией их когерентности является приводимый модифицированный нами рисунок из работы (Riding et al., 2013) (рис.1).
Рис. 1 Разрез Copper Hill Borehall (Вост. Англия) (~200 +150 м) синемюрских отложений аммонитов раннеюрского периода (шкала слева). Левая кривая иллюстрирует распространенность ископаемых микрофоссилий Liasidium variabile как процент от морской палинофлоры; смежная с ней кривая иллюстрирует распространенность ископаемых микрофоссилий Classopollis classoides как процент от терригенной палинофлоры. Оставшиеся четыре кривые отражают изотопный состав общего углерода органического вещества и кислорода белемнита (карбоната). (Riding et al., 2013)
На нем изображены кривые изменения распро-страненностей морских (Liasidium variabile) и тер-ригенных (ClassopoШs classoides) полиноформ как процент от соответствующей палеофлоры. Кривые распространенности термофильных микрофоссилий указывают на повышение температуры в фазу «парникового» эффекта и хорошо согласуются с отрицательным изотопным сдвигом углерода органического и неорганического материала. Кривые распространенности микрофоссилий хорошо коррелируют с изотопными кривыми по углероду и кислороду. Изменения исследуемых параметров позволяют четко обозначить период «парникового» эффекта. Авторы также отметили, что в период парникового эффекта происходит параллельное повышение уровня моря и отложение глубоководных осадков.
Такую же цепочку логически связанных параметров, сопровождающих появление «парникового» эффекта, отметили авторы работы (8сИоЪЪеп et а1., 2014). Причиной «парникового» эффекта и резкого повышения температуры на границе пермь - триас в Сибири стал интенсивный вулканизм, приведший к выбросу в атмосферу и гидросферу значительного количества углекислого газа. Изотопные данные по углероду и кислороду авторы использовали для оценки температуры океанической
воды с помощью палеотермометров. Установленное повышение на 5 - 10°С соответствует температуре океанической воды в тропиках 27 - 35°С. Столь значительное повышение температуры воды летально для многих организмов и привело не только к смене видового состава фауны и флоры, но и к массовой гибели организмов. Их биомасса привела, в конечном счете, к образованию богатых органическим веществом сланцевых толщ.
Одновременно авторы отметили «легкий» изотопный состав СО2, поступающего в атмосферу в фазу «парникового» эффекта. Они объяснили его следствием синергетического эффекта, возникающего при окислении осадочного органического вещества и метана, образующегося при разрушении клатратов. Мы согласны с объяснением относительно участия в окислении осадочного органического вещества (см. выше), но объяснение, касающееся окисления клатратного метана и синергети-ческого эффекта представляется спекулятивным. В этом случае принципиальным является вопрос о том, где происходит окисление и каков его механизм. Авторы этот вопрос не рассмотрели. Согласно нашей модели, окисление органического вещества происходит в реакции термохимической сульфатредукции в зоне столкновения плит (Ивлев, 2015а).
К климатическим осцилляциям следует отнести также аноксические события, происходившие в океане в мезозое (Schlanger, Jenkyns, 1976). Оунс с коллегами (Owens et al., 2014) исследовали одно из них (Oceanic anoxic events, ОАЕ 2), которое произошло в меловом периоде мезозоя на границе сено-манского и туронского ярусов. Диагностическим признаком «парниковой» фазы осцилляций послужило образование отложений, обогащенных органическим веществом с одновременным появлением изотопного сдвига по карбонатному углероду. Аноксию изучали в четырех различных точках европейской плиты, на разных глубинах и в разных условиях седиментации. Авторы обнаружили, что аноксия вод сочеталась с сероводородным заражением (Owens et al., 2014).
Особый интерес представляют полученные ими данные по изотопному составу углерода карбонатов и серы сульфатов. Они свидетельствуют о сопряженности редокс-циклов углерода и серы. Заметим, что аналогичный вывод был сделан нами при изучении орогенических циклов (Ивлев, 2015а) и эта аналогия указывает на общую природу климатических осцилляций и орогенических циклов.
При наступлении фазы «парникового» эффекта наблюдался положительный сдвиг, т.е. появление максимумов на обеих изотопных кривых (обогащение углерода карбонатов и серы сульфатов «тяжелым» изотопом 13С и 34S). Более того, авторы обнаружили, что максимум на изотопной кривой углерода появляется раньше максимума на кривой изотопного состава серы (Owens et al., 2014). Причем разница проявлялась во всех исследуемых локациях и составляла несколько сот тысяч лет.
Сдвиг максимумов на изотопных кривых они объяснили существенной разницей во времени существования неорганического углерода и сульфатов в океанической воде, но оставили без ответа, откуда возникает эта разница во времени существования карбонатов и сульфатов.
Как и в случае орогенических циклов, «утяжеление» изотопного состава серы при осцилляциях объясняется релеевским эффектом исчерпывания (Ивлев, 2015а). Причина «утяжеления» углерода карбонатов, как и причина сдвига максимумов на изотопных кривых углерода и серы (Рис.3 из работы (Owens et al., 2014)), наблюдаемых при климатических осцилляциях объясняется следующим образом.
Образование богатых органическим веществом осадочных толщ указывает на то, что периоду аноксии предшествует период интенсивного фотосинтеза, в результате чего происходит уход изотопа 12С из среды в биомассу, а оставшийся в среде углерод обогащается «тяжелым» изотопом 13С (Keeling, 1961). С этим и связано осаждение «тяжелого» карбоната. Сдвиг максимума на кривой изотопного состава серы связан с тем, что суль-фатредукция происходит позднее, чем фотосинтез, с которым связано «утяжеление» углерода. Необходимо время, чтобы биомасса превратилась органическое вещество осадков, достигло зоны субдук-
ции, где и возникает изотопный эффект серы сульфатов. Другими словами, временной сдвиг максимумов на изотопных кривых объясняется их связью с разными по времени процессами фракционирования изотопов углерода и серы.
Сопряженность циклов углерода и серы косвенно подтверждена в работе (Torres et al., 2014). Авторы, исследуя баланс углерода для кайнозоя (66 млн лет назад), пришли к выводу, что при учете только процессов дегазации СО2 из недр земли и процессов выветривания в рассматриваемый период баланс не сходится. Для того чтобы его свести, необходимо учесть дополнительный приток СО2 за счет окисления органического вещества пород при сульфатредукции. Однако для этого требуется рассмотреть более длительный отрезок геологического времени, в котором наблюдается приток СО2, сопряженный с образованием сульфидов и растворением карбонатов. Отмеченные признаки указывают на то, что отрезок времени включает фазу «парникового» эффекта, в которой, как было сказано, происходит рост температуры и протекание термохимической сульфатредукции. При этом в атмосферу поступает значительное количество СО2. Однако авторы, упоминая о сульфатредукции, ничего не говорят о механизме сульфатредукции, который может быть микробиальным и термохимическим, ограничившись приведением обобщенной формальной реакции
2FeOOH + 2 H+ + Ca2+ + 2 SO42- + 4CH2O ^FeS2 + Fe2+ + 4 H2O + Ca2+ + 4 НСО3.
Механизм сульфатредукции в данном случае является принципиальным, так как микробиальная сульфатредукция протекает на стадии диагенеза органического вещества в осадке, а термохимическая сульфатредукция гораздо позже в зоне субдукции.
Тот факт, что этот процесс редукции сопряжен с фазой «парникового» эффекта свидетельствовует о том, что реакция является термохимической. Другой факт, сопряженность появления сероводорода с растворением карбонатов также свидетельствует о том, что образование значительных количеств СО2 при сульфатредукции в зоне столкновения должно приводить к растворению карбонатов в соответствии с реакцией
МеСОз(осадок) + СО2 + Н2О ^ 2 Ме(Н СО3 )2 (раствор)
Изучение климатических осцилляций позволило выявить еще одну важную природную закономерность. Оказалось, что природный редокс-цикл углерода сопряжен не только с циклом серы, но и с циклом азота. Сопряжение циклов осуществляется посредством широко распространенной в природе реакции денитрификации (процессы, в которых нитраты и нитриты восстанавливаются до N2). О том, что реакция денитрификации в условиях анок-сии играет роль подобную роли сульфатредукции можно предполагать исходя из результатов, полученных в работах (Ganeshram et al., 2000; Jenkyns et al., 2001; Algeo et al., 2008). Авторы установили, что в фазу «парникового» эффекта, когда содержание кислорода в среде снижается, скорость денитрифи-
кации заметно увеличивается. Исходя из представлений о механизмах фракционирования изотопов, можно ожидать, что реакция денитрификации, как и реакция сульфатредукции, сопровождается фракционированием изотопов азота. При этом кислород азота нитратов, как и кислород серы сульфатов используется как окислитель. Предполагая, что, как и при сульфатредукции, процесс денитрификации сопровождается релеевским исчерпыванием, в остаточном нитрате должен накапливаться «тяжелый» изотоп 15Ы", а в продуктах реакции денитрификации - «легкий» 14К
Подтверждением сказанному являются результаты работы (Jenkyns et a1., 2001). На Британских островах и в сев. Италии в юрских отложениях в период раннетоарской океанической аноксии была зафиксирована обогащенность нитратного азота изотопом в сланцах, обогащенных органическим углеродом. При этом пик обогащенности органического вещества изотопом почти совпадает с максимумом процентного содержания общего органического углерода и с максимумом содержания изотопа 13С в органическом веществе (рис.2).
Рис. 2.
Хемостратиграфические данные исследования раннеюрских отложений для Winterborne Kingstone Borehole (Англия). Биостратиграфия разреза получена при изучении аммонитов (Ivimey-Cook, 1982). Содержание органического вещества (ОВ, %, вес) и 813Сшрб взяты из работы (Jenkyns, Clayton, 1997)
Подобные же корреляции были обнаружены при изучении верхнекаменноугольных «черных» сланцев континентальной части сев. Америки, при исследовании отложений во время гляциальных -интергляциальных переходов четвертичного периода ^^ et a1., 2008).
Заключение
Завершая рассмотрение климатических осцил-ляций, можно отметить следующее. Время их появления в кайнозое, после возникновения развитой наземной фотосинтезирующей Жизни, и стабилизация, вызванного этим всплеска содержания кислорода в атмосфере позволяют заключить, что осцилляции вызваны достижением редокс-циклом углерода экологической точки компенсации. До этого времени цикл откликался лишь на значительное число столкновений литосферных плит, происходивших в орогенные периоды орогенических циклов. Появление осцилляций вызвано большей чув-
ствительностью редокс-цикла к более слабым воздействиям космофизических факторов на движение литосферных плит. С этим связано сокращение длительности климатических осцилляций по сравнению с орогеническими циклами.
Общая физическая природа орогенических циклов и осцилляций подтверждается практически полной аналогией признаков, которые их сопровождают, что связано с чередованием периодов (фаз) потепления («парникового» эффекта) и периодов (фаз) похолодания (оледенения). Первые характеризуются высокой концентрацией СО2 в системе «атмосфера - гидросфера», аноксией, повышенным вулканизмом и магматизмом, высоким уровнем моря. Вторые низкой концентрацией СО2 и, напротив, высокой концентрацией кислорода, относительно слабым вулканизмом и магматизмом, низким уровнем моря. Смена периодов (фаз) потепления и похолодания в обоих случаях влечет за собой смену видового состава организмов, их массовую гибель, формирование осадков, обогащенных
органическим веществом. Одинаковыми и синхронными являются изменения изотопных характеристик углерода, кислорода и серы, связанные со сменой периодов (фаз). Они меняются синхронно с другими неизотопными признаками.
Отличия орогенических циклов от осцилляций заключаются в локальности (региональности) проявления осцилляций по сравнению с орогениче-скими циклами, которые повсеместны, т.е. проявляются по всей планете. Кроме того при осцилля-циях сильнее проявляются детальная последовательность процессов, их составляющих.
Заключая серию статей, посвященных глобальному редокс-циклу биосферного углерода, необходимо выделить два новых и важных вывода, вытекающих из проведенного анализа.
Первый связан с утверждением о том, что имеет место сопряжение природных циклов углерода, серы и азота и важную роль в этом сопряжении играют окислительно-восстановительные реакции этих элементов.
Второй вывод касается определяющей роли фотосинтеза в формировании толщ богатых органическим веществом и обусловленного динамикой развития фотосинтеза, приводящей к неравномерному стратиграфическому распределению указанных толщ и связанных с ними нефтей Список литературы
1. Ивлев А.А. Глобальный природный редокс
- цикл биосферного углерода I. От возникновения фотосинтеза до достижения экологической точки компенсации // Известия РАН. Сер. биологическая (2015а, в печати)
2. Ивлев А.А. Глобальный природный редокс
- цикл биосферного углерода II. Неравномерность стратиграфического распределения толщ богатых органическим веществом и нефтей как отражение цикличности биосферных процессов // Изв. РАН. Серия биол. (2015а в печати).
3. Руттен М. Происхождение жизни. М.:Мир. 1978.
4. Algeo T., Rowe H., Hower J. C., Schwark L., Herrmann A., Heckle Ph. Changes in ocean denitrifica-tion during Late Carboniferous glacial-interglacial cycles // Nature Geoscience 2008. V. 1 Oct.doi: 10.1038/ngeo307 www.nature.com/naturegeoscience
5. Bacon K. L. , Belcher C. M., Haworth M., McElwain J. C. Increased Atmospheric SO2 Detected from Changes in Leaf Physiognomy across the Trias-sic-Jurassic Boundary Interval of East Greenland // PLoS ONE 2013 V. 8. N 4. e60614. doi:10.1371/jour-nal.pone.0060614
6. Beerling D.J. Lomax B.H., Royer D.L., Up-church G.R., Kump L.R. An atmospheric pCO2 reconstruction across at the Cretaceous - Tertiary boundry from leaf mega fossil // Proc. Natl. Am. Soc. 2002. V. 99. P. 7836 - 7840.
7. Franceschi M., Corso J.D., Posenato R., Roghi G., Masetti D., Jenkyns H.C. Early Pliensbachian (Early Jurassic) C- isotope perturbation and diffusion of the Lithiotis Fauna: insight from western Tethus // Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoecology 2014, doi:10.1016/paleo.2014.05.025 .
8. Ganeshram, R. S., Pedersen, T. F., Calvert, S. E., McNeill, G.W. & Fontugne, M. R. Glacial-interglacial variability in denitrification in the world's oceans: Causes and consequences. Paleoceanography 2000. V. 15 P. 361-376.
9. Gorican S., Carter E.S., Guex J., O'Dogherty L., De Wever P., Dumitrica P., Hori R. S., Matsuoka A., Whalen P. A. Evolutionary patterns and palaeobio-geography of Pliensbachian and Toarcian (Early Jurassic) Radiolaria // Palaeogeogr. Palaeoclim.Palaeoecol. (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.palaeo.2013.06.028
10. Gurnis M. Large-scale mantle convection and the aggregation and dispersal of supercontinents. Nature 1988. V. 332 N 6166. P. 695-699.
11. Harland W.B., Armstrong R.L., Cox A.V., Craig L.E., Smith A.G., Smith D.G. A geologic time scale, 1989 edition. Cambridge University Press, Cambridge.
12. Huang Ch., Hesselbo S.P. Pacing of the Toarcian Oceanic Anoxic Event (Early Jurassic) from astronomical correlation of marine sections // Gondwana Research 2014. V. 25. P. 1348-1356
13. Ivimey-Cook H.C. Biostratigraphy of the LowerJurassic and Upper Triassic (Rhactian) rocks of the Winterborne Kingstone Borhole, in: The Winterborne Kingstone Borhole Dorset England, ed. by G.H. Rhys, G.K. Lott and M.A. Calver. Rep. Inst. Geol. Sci.U.K. 1982 V. 81. P. 97 - 106
14. Jenkyns H. C., Grocke D. R., Hesselbo S. P. Nitrogen isotope evidence for water mass denitrifica-tion during the early Toarcian (Jurassic) oceanic anoxic event // Paleoceanography 2001 V. 16. P. 593-603.
15. Jenkyns H.C., Clayton C.J. Lower Jurassic epicontinental carbonates and mudstone from England and Wales. Chemostratigraphic signals and the early Toarcian anoxic events // Sedimentology 1997. V.44. P.687 - 706.
16. Keeling Ch. D. Concentration and isotopic abundances of atmospheric carbon dioxide in ruralin rural and marine air // GeochimetCosmActa 1961. V.24. P. 277-279.
17. Korte Ch., Hesselbo S.P., Shallow marine carbon and oxygen isotope and elemental records indicate icehouse/greenhouse cycles during Early Urassic // Paleoceanography 2011. V. 26, PA4219. doi: 10.1029/2011PA002160.
18. Luciani V., Cobianchi M., Jenkyns H. C. Bi-otic and geochemical response to anoxic events: the Aptian pelagic succession of the Gargano Promontory (Southern Italy) // Geol. Mag. 2001. V. 138. P. 277 -298.
19. Muller R. A, Gordon J. F. M. (1997).Glacial Cycles and Astronomical Forcing // Science 1997. V. 277. N 5323. P. 215 - 218.
20. Owens J.D., Gill B.C., Jenkynsc H.C., Batesa S.M., Severmannd S., Kuypers M. M. M.,Woodfine R.G., Lyonsa T. W. Sulfur isotopes track the global extent and dynamics of euxinia during Cretaceous Oceanic Anoxic Event 2 // Proc. Natl. Am. Sci. 2014. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1305304110
21. Parsons B., Scalter J.G. An analysis of the variation of ocean floor bathymetry and heat flow with
age // J. Geophys. Res. (Am. Geophys. Union) 1977. V. 82. P. 802 - 827.
22. Ratnayake N.P., Suzuki N., Okada M., Takagi M. The variations of stable carbon isotope ratio of land plant-derived n-alkanes in deep-sea sediments from the Bering Sea and the North Pacific Ocean during the last 250 000 years // Chem. Geology 2006. V. 228. P. 197 -208.
23. Riding J.R, Leng M.J., Kender S., Hesselbo S.P., Feist-Burkhardt S. Isotopic and palynological evidence for a new Early Yurassic environmental perturbation // Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoe-cology. 2013. V. 374. P. 16-27.
24. Schlanger S.O., Jenkyns H.C. Cretaceous anoxic events: Causes and consequences.// Geol Mijn b 1976. V. 55. P. 179-184.
25. Schobben M.Joachimski M.,Korte Ch., KornD.,Leda L. Severe climatic warming during the end-Permian // Conf. : Volcanism, Impacts and Mass Extinctions: Causes & Effects, At The Natural History Museum, London. 2013
26. Torres M. A., West A. J., Li G. Sulphide oxidation and carbonate dissolution as a source of CO2 over geological timescales // Nature 2014. V. 507. P. 346 - 349 doi:10.1038/nature13030
27. Zhao G., Sun M., Wilde S.A. , Li S.Z., A Paleo-Mezoproterozoic supercontinent: Assembly growth and breakup // Earth Science Reviews 2004. V. 67. P. 91-123.
