CC BY
33
УДК 552.14:622.817.4(477.75)
СОСТАВ ФЛЮИДОВ СОВРЕМЕННОЙ ДЕГАЗАЦИИ И ПРОЦЕССЫ КАРБОНАТНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ В ПЛЯЖНОЙ ЗОНЕ БУХТЫ ЛАСПИ (ЮЖНЫЙ БЕРЕГ КРЫМА)
В.И. Лысенко1, Н.В. Шик2
1 Филиал Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в Севастополе
2 ЦТКСЭ, Севастополь
Поступила в редакцию 05.09.14
Примером холодной дегазации недр на шельфе являются выходы газов в пляжной зоне бухты Ласпи. Состав газа представлен метаном, этаном, пропаном и сероводородом. Присутствие в составе газа сероводорода требует пересмотра принципов формирования баланса сероводородной зоны Черного моря только за счет биологических процессов. Результаты геологических исследований подтверждают, что вокруг участка выхода газовых струй формируется «карбонатная постройка» с оазисом жизни. Образование карбонатного цемента конгломератов связано с жизнедеятельностью микро- и макроорганизмов местного биоценоза. Высокие скорости цементации за счет бактериального синтеза карбонатов позволяют предположить более молодой возраст современных карбонатных построек Черного моря.
Ключевые слова: метан, дегазация, арагонит, возраст, биогеоценоз, конгломераты, карбонатные постройки, Черное море.
Изучение процессов дегазации углеводородных флюидов из недр Земли доказало, что они являются крупными поставщиками вещества для создания биогенного и карбонатного материала в результате реакций хемосинтеза на границе литосферы и атмосферы и оказывают влияние на климатические процессы в атмосфере (Сывороткин, 2002). Объемы органического вещества, созданного на дне морей и океанов простейшими организмами, сравнимы с количеством, полученным в результате фотосинтеза (Лисицин и др., 1989; Сывороткин, 2002). Поэтому изучение газового состава современных холодных флюидов в бухте Ласпи Черного моря является актуальной задачей для познания генезиса этих процессов и их влияния на литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу.
На протяжении последних тридцати лет большой научный интерес вызывают струйные выделения газа на дне морей и океанов. В этом отношении Черное море представляет собой один из самых изученных регионов Земли, где поля струйных выходов за последние 30 лет были открыты на северо-западном шельфе, континентальном склоне (на глубине от 51 до 1770 м) около побережья Кавказа, Крыма, Болгарии, Румынии и Турции (Геворкьян и др., 1991; Егоров и др., 2011; Леин, 2005; Пименов и др., 1997; Рязанов, 1996; Совга и др., 2007; Шнюков и др., 2013), в палеодельте Днепра, а также в приустьевой зоне р. Супса (Ткеше-лашвили и др., 1997). Уже к середине 2010 г. в акватории Черного моря выявлено до 4000 таких факелов, нередко составляющих группы струй (Шнюков и др., 2013).
Струйная дегазация углеводородов в морях и океанах обычно связана с тектоническими зонами, которые часто продолжаются на континенте. Процессы
выделения холодных флюидов происходят не только в глубоководной части Черного моря, но и в мелководной прибрежной зоне, и на прилегающей суше (Шнюков и др., 2013). Имеются данные изучения пузырьковых выходов газа у берегов Болгарии, Тархан-кутского и Керченского полуостровов, в Севастопольской и Ласпинской бухтах (Егоров и др., 2011; Лущик и др., 1985; Шик, 2006; Шнюков и др., 2013). В ходе их исследования большое внимание уделялось картированию выходов газов и его геохимическому составу, меньше — изучению геологических процессов, которые их сопровождают (Шик, 2006).
В качестве такого примера исследования дегазации в прибрежной части можно привести работу сотрудников Института минеральных ресурсов г. Симферополь (Лущик и др., 1985). Они изучали выделения газа в бухте Очеретай на Тарханкутском полуострове (Западный Крым). По этим данным, каналами миграции газовых флюидов служат трещиноватые зоны верхней части осадочного чехла, связанные с глубинными зонами разломов. Многочисленные точечные выделения газа происходят в интермитирующем режиме, а крупные выбросы имеют периодичность. Анализ проб газа показал высокое содержание в них метана, наличие значительного количества тяжелых углеводородов, углекислого газа и азота (табл. 1). Сильный запах сероводорода ощущается на расстоянии до 100 м от центра дегазации, а отсутствие его в пробах газа связано с высокой растворимостью в воде. Процессы дегазации сопровождаются разгрузкой минерализованных подземных вод, доказательством чего является повышенная минерализация в придонном слое (выше фоновой на 1,04—1,31 г/л). Грунт в воронках выброса газа характеризуется повышенным со-
Таблица 1
Состав газов донных выходов бухты Очеретай (Лущик и др., 1985)
Дата опробования Содержание (%)
метан этан пропан изобутан П-бутан изоперен П-пентан азот двуокись углерода
14.08.81 84,63 6,5 Сл. — — — — — 8,82
25.05.82 76,1 0,81 0,11 0,06 0,18 0,19 9,09 9,03 13,4
11.09.82 68,15 0,21 0,47 0,09 0,46 0,14 0,13 1,99 28,36
12.09.82 87,79 0,11 0,20 0,05 0,29 0,07 0,11 2,16 9,22
держанием (в два раза и более) меди, свинца, никеля, титана, цинка, ванадия, бора, йода и брома (Лущик и др., 1985). Геохимическая аномалия связана с разгрузкой глубинных флюидов, которые сопровождают дегазацию. В слабоуплотненных осадках происходят активные процессы метаноокисления, поэтому придонный слой воды становится аномальным по химическому составу. Содержание сероводорода достигает 120 мг/л, а СО3-2, НСО~, Са+2 у поверхности дна во время выбросов газов увеличивается в несколько раз. Особенно значительно колебание НСО- (от 183,0 мг/л в поверхностном слое и до 2318 мг/л на дне воронки) (Лущик и др., 1985). Можно предположить, что на поверхности дна глубинной части бухты Очеретай происходят процессы образования карбоната бактериями за счет переработки метана, но такие исследования не проводились.
Необходимо отметить, что в обрывах бухты Очере-тай в сарматских карбонатных отложениях встречают-
ся прослои, обогащенные серо-черными обломками, которые получили название гераклиты. Исследования минерального состава, морфологии, геохимии, газонасыщенности гераклитов указывают на связь их образования с дегазацией недр в морских условиях миоцена (Лысенко, Лысенко, 2001). Это свидетельствует о том, что выходы газа из недр в районе бухты Очеретай происходили в среднем и позднем сармате и по объемам превышали современные выбросы.
Геологическая позиция
Районом наших исследований является бухта Ла-спи, где выходы газа были обнаружены в подводной части пляжной зоны (Шик, 2006). Участок струйного выделения газа приурочен к центральной части бухты, где она несколько вдается в побережье (рис. 1). Находится он на расстоянии 10—60 м от береговой линии и имеет площадь более 2500 квадратных метров.
Рис.1. Общий вид бухты Ласпи с участком выходов газа в подводной части пляжной зоны
Особый интерес представляет геолого-геоморфологическая обстановка этого участка. Берег напротив выходов газа представляет собой клиф высотой около 20 м. Он сложен породами таврической серии в нижней части, а в верхней — четвертичными пролювиально-делювиальными отложениями, которые представлены глыбами, валунами, гравием и щебнем известняков, песчаников и алевролитов. Нижняя часть подводной абразионной террасы сложена коренными породами таврической серии, на ней залегают пляжные галечники. Породы таврической серии представлены серо-черными глинами с прослоями песчаников, алевролитов и аргиллитов и слагают ядро Ласпинской антиклинали. Прямолинейная береговая линия и смятие пород свидетельствуют о наличии тектонической зоны северо-западного простирания, по которой опущена юго-восточная часть антиклинали. Рядом в овраге перпендикулярно берегу проходит второй разлом. Предположительно с зоной их пересечения и связано поле струйного выделения газовых флюидов из пород таврической серии. Возможно, метан и другие газы выходят и на сухопутном продолжении зоны разлома в овраге, о чем косвенно свидетельствует «угнетенное» состояние растительности и усыхание сосен на склонах.
Участок выделения газов находится на абразионной террасе, перекрытой маломощным чехлом морских пляжных отложений (около одного метра), представленных отдельными валунами, галечником, гравием и песками.
Наблюдения за выходами газа проводились в летний период с 2004 по 2014 г. За это время местоположение конкретных точек выходов пузырьков газа и их количество менялись, но сам участок дегазации оставался приблизительно в тех же границах. Большая часть выходов пузырьков газа находится на поверхности скального образования, представляющего собой асимметричный вал. Он имеет протяженность более 60 м, ширину 50 м и высоту не больше 0,5 м и характеризуется полого наклоненной поверхностью в сторону открытого моря и крутым (до 70°) уступом со стороны берега. Внешняя по отношению к берегу поверхность скального образования погружена под песчаные отложения прилегающего дна, что не позволяет точно оценить его размеры. Вал вытянут вдоль береговой линии. Газ на скальных грядах выходит через окруженные миллиметровыми валиками круглые отверстия диаметром 0,5—1,0 см, которые в западной научной литературе получили названия покмарки. Подобные псевдокальдеры характерны для карбонатных построек больших глубин Черного, Охотского и Норвежского морей (Егоров и др., 2011; Леин и др., 1989, 2000; Ткешелашвили и др., 1997).
За время изучения процессов дегазации в бухте Ласпи в разные годы насчитывалось от 10 до 20 точек струйных выходов газа. В среднем из точки дегазации наблюдается поток от 30 до 80 пузырьков газа в минуту, размером от 3 до 15 мм (возможно, существуют и бо-
лее мелкие пузырьки). Наблюдается периодичность в их выбросах. Наиболее активные покмарки практически постоянно выделяют пузырьки в следующем порядке: вначале происходит отрыв двух—пяти мелких пузырьков, после в нарастающем темпе выделяется рой (15—30) более крупных, затем наступает затишье на 10—15 сек. После затишья цикл повторяется. В течение дня количество выбросов из одной точки наблюдения изменялось как в большую, так и в меньшую сторону. Имеются точки дегазации, у которых затишье может длиться 1—10 минут. За период наблюдений установлен факт увеличения размеров пузырьков и объемов выбросов газа в периоды новолуний и полнолуний. Пузырьки газа при поднятии от дна к поверхности увеличиваются по объему в два раза, что можно объяснить поступлением его из недр под давлением.
Нами были выполнены работы по оценке поступления газа в атмосферу в летний период 2014 г. Для этой цели с помощью мерного сосуда (цена деления 1 мл) был определен объем выделяемого газа из отдельных точек дегазации за единицу времени. Он изменялся от 12 до 24 л/сутки. Общий дебит газовых струй бухты Ласпи в июле 2014 г. составлял около 240—480 л/сутки. Возможно, в зимний период, когда понижается температура воды и возрастает растворимость газа, его поступление в атмосферу значительно уменьшается. Интенсивность и объем газовыделения могут резко меняться в периоды сейсмической активности, вплоть до возгорания стометровых факелов над морем, как это было во время Крымского землетрясения в 1927 г. (Двойченко, 1928). Для Ласпинской бухты известен факт появления дыма в ее акватории в первой половине XIX в. (Дюбуа де Монпере, 2009).
Состав газов
Точки выходов газа находятся на глубинах от 0,5 до 2 м, что несколько затрудняет их опробование. Отбор газовых проб осуществлялся в полиэтиленовые бутылки с использованием маски и трубки для подводного погружения. Первая проба была взята в июле 2005 г. общим объемом около 2 л. Из-за невозможности исследования материала в лабораторных условиях газ из бутылки был подожжен. Он горел ярким светло-желтым пламенем без копоти с запахом сероводорода. Было сделано предположение, что это метан. В 2013 г. по такой же методике был произведен отбор двух проб газа из разных точек струйных выходов. Из-за сложных условий удалось отобрать 0,3 л во вторую, а в третью — 0,25 л газа, остальной объем литровых емкостей занимала вода, набранная около пузырьковых выходов.
Пробы газа были проанализированы в лаборатории отдела радиационной и химической биологии Института биологии южных морей (Севастополь). Приборы лаборатории позволяют выполнять анализы только по содержанию низкомолекулярных предельных углеводородов (С:—С6). Определение концентраций
углеводородов в газе проводилось по общепринятой методике (Большаков, Егоров, 1987) на хроматографе НР 5890 с набивной колонкой и пламенно-ионизационным детектором, укомплектованным интегратором НР3396 серии 2. Сбор газохроматографической информации и ее обработку проводили с помощью компьютерной программы РЕАК 86. Каждую пробу в хроматограф вводили дважды с повтором для контроля. В качестве эталонных образцов использовали газовые поверочные смеси SUPELCO 8СОТТУ С:—С6 в азоте с концентрациями 100 и 1000 ррт. Ошибка газохроматографического метода определения не превышала 5%. Результаты определения концентраций компонентов приведены в табл. 2.
Данные анализов свидетельствуют о том, что состав углеводородов в газе принципиально не отличается от флюидов глубоководных сипов Черного моря (Ва-ляев и др., 1985; Егоров и др., 2011; Костова и др., 2006; Пименов и др., 1997; Рязанов, 1996; Ткешелаш-вили и др., 1997). Главным компонентом его является метан. Наличие невысоких концентраций этана и пропана в пробах, непостоянство газового состава во времени и пульсирующий характер выделения его из пород таврической серии являются доказательством глубинного генезиса дегазации. Оставшаяся не определенной по составу часть состава газа в пробах составляет от 5 до 40% от общего объема и, возможно, представлена азотом, углекислым газом, сероводородом, водородом и инертными газами. Такое предположение можно сделать на основе аналогии с составом газа из скважин, пробуренных в породах таврической серии в районах Алупки и Ялты. При проходке Ялтинского туннеля в зонах тектонических нарушений в алевролитах и аргиллитах таврической серии были встречены «горючие газы» с аналогичным составом. Примером глубинной дегазации в центральной части Горного Крыма является газирующий минеральный источник Аджу-Су (Черные воды), который выходит из алевролитов и аргиллитов нижней юры и триаса
в зоне Севастопольско-Ульяновского разлома глубинного заложения. Газы из этого источника представлены метаном, углекислым газом, азотом, сероводородом, тяжелыми углеводородами, радоном и инертными газами (Не, Аг) (Гидрогеология..., 1970), что также является доказательством их глубинного генезиса.
Пробы воды, отобранные из точек струйной дегазации в пляжной зоне бухты Ласпи, имеют сильный запах сероводорода, который является одним из компонентов газового флюида. Его поступление из недр составляет не более первых процентов, но этого достаточно для создания анаэробных условий около выходов пузырьков газа в карбонатной постройке. Учитывая, что выход газа на дне бухты происходит непосредственно из толщи пород таврической серии, следует полностью исключить возможность образования сероводорода в результате разложения современной органики. Косвенным доказательством этого предположения является присутствие его во многих скважинах и источниках Южного берега Крыма, приуроченных к породам таврической серии и средней юры (Гидрогеология., 1970).
Высокая растворимость сероводорода в воде не позволяет отобрать пробу газа в водной среде с «первичным» его содержанием в составе флюида. На присутствие сероводорода в составе газов указывают его аномальное содержание (Леин и др., 2000; Лущик и др., 1985; Рязанов, 1996; Шнюков и др., 2013) и сопутствующая геохимия. Высокое содержание растворимого сероводорода в воде вокруг пузырьков выхода газа в бухтах Ласпи и Очеретай и акватории прибрежной зоны Севастополя (Егоров и др., 2011) около холодных сипов больших глубин и грязевых вулканов подтверждают высказанные раннее предположения Е.Ф. Шнюковым и другими геологами, что процессы глубинной дегазации вносят значительный вклад в формирование сероводородной зоны Черного моря (Ге-воркьян и др., 1991; Совга и др., 2007; Шнюков и др., 2013). Следовательно, строение этой зоны и концентра-
Таблица 2
Состав низкомолекулярных предельных углеводородов в газовых флюидах зоны дегазации бухты Ласпи
№ Дата отбора Номер пробы Пробы МКЛ Содержание (%)
п/п СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 другие газы
1 18.08.13 1\1 250 81,9 2,57 0,011 * 15,6
2 18.08.13 1\2 250 90,8 2,83 0,012 * 6,4
3 18.08.13 1\3 250 91,9 2,87 0,013 * 5,2
4 18.08.13 1\4 250 84,8 2,66 0,011 * 12,5
5 18.08.13 1\5 250 90,1 2,81 0,018 * 7,0
6 12.09.13 2\1 250 61,9 1,41 0,006 * 36,7
7 12.09.13 2\2 250 54,5 1,24 0,006 * 44,2
Примечание. * — не обнаружено. Анализы выполнены в лаборатории отдела радиационной и химической биологии ИнБЮМ. Аналитик — младший научный сотрудник Т.В. Малахова.
ция сероводорода в ней имеют более сложную природу, чем в случае общепринятой гипотезы о поступлении его со дна за счет переработки мертвого органического вещества сульфатредуцирующими бактериями. Гор-бообразное поднятие границы сероводородной зоны в центральной части котловины Черного моря проще объяснить дегазацией в зонах глубинных разломов, которыми обычно сопровождается земная кора при переходе от континентальной к океанической. Блок центральной котловины с базальтовой корой под осадочным слоем является своеобразным мантийным окном и, возможно, контролирует поступление флюидов из недр. На континентальном склоне и на его границе с глубоководной котловиной значительную часть поставки сероводорода осуществляют грязевые вулканы (Валяев и др., 1985; Шнюков и др., 2013), большая часть которых находится рядом с зонами современных очагов землетрясений (Ялтинско-Алуштинская и Феодосийско-Керченская зоны). Сейсмической активности региона сопутствуют частые «мгновенные» выбросы крупных объемов углеводородов, сероводо-родов и других газов. Следовательно, положение верхней границы сероводородной зоны и изменение содержания газов в ней следует объяснять с привлечением фактов о глубинной дегазации флюидов, связанных с Одесско-Синопским, Южнобережным, Николаевским, Салгиро-Октябрьским, Ломоносовским (Шнюков и др., 1997) и другими глубинными разломами Черного моря и современными сейсмическими зонами.
Карбонатная постройка
Интересно строение площади выходов дегазации в бухте Ласпи. Она представлена скальным валом высотой 0,5—1,0 м над поверхностью дна. Слабоволнистая его поверхность покрыта тонким слоем желепо-добного мата серовато-розового цвета. Под матами находится тонкая (1—3 мм) пористая корочка игольчатого арагонита серовато-белого цвета с шелковистым блеском на изломе. Под микроскопом заметна его микрополосчатость, которая придает корочке внешнее сходство с травертином.
Средняя и нижняя части валообразной постройки сложены конгломератами и гравелитами на карбонатном цементе (рис. 2). Образцы из нее имеют сла-бовыраженную слоистость, повышенную пористость и содержат большое количество мелких створок двустворчатых моллюсков и трубок серпул. Литологиче-ский состав обломочного материала постройки не отличается от галечников пляжа, а гранулометрический состав характеризуется более хорошей сортировкой. Это объясняется накоплением материала в более спокойной обстановке. Цементом конгломератов и гравелитов является желто-белая карбонатная пленка толщиной от 0,5 до 5 мм, которая облекает отдельные гальки (рис. 2). Часть пленочного цемента представлена волокнистыми и удлиненными пластинчатыми
Рис. 2. Конгломераты и гравелиты постройки, сцементированные пленочным карбонатным цементом
лейстами белого арагонита. На поверхности галек известняков и в пустотах цемента конгломератов встречаются звездчатые сростки кристаллов арагонита (размером 2—4 мм) и новообразования прозрачного кальцита призматической формы до 3 мм (рис. 3). Часто между галечным материалом и цементом встречаются сферолиты размером 1—3 мм, представленные сноповидным волосовидным агрегатом арагонита белого цвета. Центральное их ядро обычно приурочено к углублениям в цементирующей массе, из которой в виде лучей выходят тонкие сростки кристалликов, заполняющих пустоты.
Аналогичные сферолиты присутствуют в карбонатных постройках шельфа и континентального склона Черного моря (Шнюков и др., 1997, 2004, 2013). Установлено, что в карбонатных постройках шельфовой зоны сферолиты имеют размеры 2—3 мм, а на континентальном склоне не более 1 мм. Подобные образования найдены и в карбонатных корках вблизи грязевого вулкана Двуреченского, где «зачатки сферолитов» кар-
Рис. 3. Звездчатые сростки кристаллов арагонита и прозрачного кальцита призматической формы на галечном материале конгломератов. Увеличение х6
бонатов обнаружены под бактериальным слоем и имеют размеры 1—2 мм (Шнюков и др., 2006). В бактериальном слое матов, сопровождающих карбонатные постройки, В.Ф. Гальченко (2001) нашел мелкие включения (0,5—2 мм) карбонатного «жемчуга». Он высказал предположение, что со временем включения карбонатного жемчуга сливаются, образуя карбонатную корку, которая разрастается до толщины мощной плиты. Природа таких «сферолитов и жемчуга карбонатов» прояснилась при изучении поверхности газогидратов метана на дне озера Байкал. Там были обнаружены желеобразные шарики диаметром 2—5 мм. В них выявлено разнообразное сообщество микроорганизмов, состоящее из нитчатых форм, палочек различной длины и единичных кокков. Это сообщество содержит в своем составе метаногенные и метано-трофные археи (Земская и др., 2011). Можно предположить, что этот сложно устроенный консорциум простейших является фабрикой по производству углеводородного органического вещества и карбонатов. Присутствие арагонитовых сферолитов в карбонатных постройках морей и океанов позволяет предполагать, что конечным продуктом окисления метана археями является не углекислый газ, а карбонат, при образовании которого метанотрофы получают больше энергии для создания органического вещества, чем при окислении метана в углекислый газ.
Во внутренней части конгломератового вала часть галек покрыта черной пленкой. Иногда такие черные примазки развиваются и по трещинам. Это черное углеводородное вещество при прокаливании сгорает, можно предположить, что это тяжелые битумы, поступающие совместно с флюидами из недр. Примазки битумов известны в современных карбонатных постройках континентального склона Черного моря и в карбонатных матах вокруг грязевого вулкана Двуре-ченского (Шнюков и др., 2006).
Были выполнены сравнительные химические анализы микрокомпонентов цемента и известняка из галек конгломератов, которые показали, что содержание меди, свинца, никеля, кобальта, цинка, стронция, ба-
рия, ванадия, бора и фосфора в карбонатном цементе в несколько раз выше, чем в галечниковом материале (табл. 3). Такие ореолы повышенных концентраций этих элементов характерны для донных выбросов газа в бухте Очеретай и современных глубинных карбонатных построек Черного и других морей (Лущик и др., 1985; Шнюков и др., 2013). Аномальное содержание фосфора в карбонатном цементе можно объяснить накоплением его за счет бактериального синтеза совместно с органическим веществом.
Природа дегазации
Результаты геохимического исследования подтверждают наше предположение о том, что процессы выделения газа в прибрежной части бухты Ласпи имеют идентичную природу с дегазацией, наблюдаемой на больших глубинах морей, океанов и озера Байкал. На связь с глубинной дегазацией и тектоникой указывают следующие факты: непостоянный импульсный характер выбросов по составу и объему; присутствие в пробах кроме метана тяжелых углеводородов, сероводорода и, возможно, двуокиси углерода, азота и водорода; повышенное содержание сероводорода и геохимические аномалии около источников газирования.
Авторы статьи предполагают, что в зоне выхода метана бухты Ласпи происходит его частичная переработка метанотрофными бактериями с сообществом архей в органическое вещество и карбонат. Поэтому накоплению галечников постройки сопутствуют процессы их «мгновенного» диагенеза, т.е. превращения в конгломераты. Поступление галечного материала с волновыми процессами на поверхность карбонатной постройки и его цементация происходят одновременно. На высокую скорость цементации указывают многочисленные находки в центральной части постройки крупных кристаллов арагонита и кальцита, мелких створок раковин двустворчатых моллюсков и трубок серпул. В наше время возможность таких высоких скоростей образования карбоната подтверждается экспериментами, проведенными в Институте
Таблица 3
Содержание химических элементов в карбонатном цементе конгломератов, известняковых гальках бухты Ласпи и донных пробах бухты Очеретай
Номер пробы Содержание (%)
п х 10-3 п х 10-4 п х 10-5 п х 10-2
Си Zn В РЬ Со V А8 8г Ва Р
Л-41-А 0,05 5 6 6,3 8 20 1,2 20,1 20 10 6
Л-42-А 0,1 1,5 2 12,3 3,5 10 3,4 18,5 5 30 1,5
Л-43-А сл 0,03 0,05 0,01 сл сл сл сл 0,02 0,03 0,6
N 2 (воронка) 1,2 1,2 4 10 5 15 8 — — — —
Примечание. Пробы Л-41-А и Л-42-А — образцы цемента конгломератов из карбонатной постройки бухты Ласпи. Проба Л-43-А — известняковая галька из конгломератов; сл — следы; — нет данных. Анализы выполнены рентгенофлуоресцентным и спектральным методами в лаборатории филиала МГУ в г. Севастополе, аналитик — Е.А. Котельянец. Проба 2 отобрана из донных отложений бухты Очеретай (Лущик и др., 1985).
микробиологии РАН. Всего несколько часов требуется для того, чтобы чехлы нитей бактерий окаменели (Розанов, Заварзин, 1997). В сезон активных динамических процессов, связанных с зимними штормами, часто происходит разрушение карбонатной постройки и на пляж выбрасываются плитчатые глыбы конгломератов, слагающих постройку. За небольшой промежуток времени к летнему периоду зона дегазации залечивает свои «раны» за счет деятельности биологических сообществ. Таким образом, можно считать, что вал вокруг полей струйной дегазации углеводородов, сложенный конгломератами, является своеобразной «карбонатной постройкой» бухты Ласпи — аналогом глубинных построек Черного и других морей. Здесь органическое вещество и карбонаты являются конечным продуктом взаимодействия литосферы (источника поступления гидротермальной энергии и газов из недр), гидросферы (среды образования), атмосферы (газовых пузырьков углеводородов, сероводорода и углекислого газа) и биосферы (строителей карбонатных построек и биогенного органического вещества).
Объемы выбросов газа в бухте Ласпи в сотни раз меньше, чем на больших глубинах Черного моря. Поэтому скорость и масштабы образования карбоната бактериями на шельфе и на континентальном склоне значительно превышают скорость этих процессов в пляжной зоне. Наличие на образцах, поднятых с больших глубин Черного моря, микробных матов позволяет утверждать, что там идут интенсивные современные процессы образования карбонатного материала (Шнюков и др., 2004; Геворкьян и др., 1991).
В настоящее время считается, что возраст карбонатных построек на дне Черного моря по мере роста глубины увеличивается от 3 до 17 тыс. лет и более (Егоров и др., 2011; Шнюков и др., 2006). Одни исследователи объясняют это колебанием верхней границы сероводородной зоны (Пименов и др., 1997), другие — фазами глобального оледенения (Лейн, 2005; Лейн и др., 2000) и структурной перестройкой зон разломов с участками дегазации (Шнюков и др., 1997). Также высказывается предположение, что для строительства карбонатных построек используется метан, который образуется за счет переработки органического вещества древнечерноморских отложений возрастом более 3,5 тыс. лет (Гальченко, 2001; Совга и др., 2007).
С чем же связан такой древний возраст современных карбонатных построек, установленный с помо-
щью радиоуглеродного метода? По мнению одного из авторов, при интерпретации результатов возраста не учитывались следующие факты: образование радиоактивного изотопа углерода 14С из азота происходит в верхних слоях атмосферы, а поступление его из атмосферы в водную среду Черного моря требует значительного промежутка времени (Арсланов, 1987); в сероводородной зоне вертикальная циркуляция водных масс отсутствует или очень слабая, что связано с градиентом солености; колебания 813С в постройках означают открытость системы его поступления (Николаев, Свиточ, 2010); рост карбонатных построек происходит в основном за счет поступления метана и углекислого газа из недр, а незначительная часть — за счет углекислоты из окружающей водной среды (Николаев, Свиточ, 2010); при осаждении карбоната в ходе биологического окисления метана используется в основном легкий углерод и происходит обеднение тяжелым изотопом.
Перечисленные аргументы позволяют считать, что указанный в работах возраст карбонатных построек завышен. На их современное образование указывают следующие факты: обрастание бактериальными матами (Шнюков и др., 2004; Геворкьян и др., 1991); присутствие в бактериальном слое мелких карбонатных включений (бактериальный жемчуг) (Гальченко, 2001); сохранение хрупких древовидных карбонатных построек высотой до 5 м в сейсмической зоне и существование их в районах активного накопления осадочного материала (Двойченко, 1928; Шнюков и др., 1997).
В бухте Ласпи с валообразной «карбонатной постройкой» связан местный «оазис жизни». Его богатство и разнообразие животного и растительного мира резко отличаются от почти безжизненного окружения пляжных накоплений галечника, гравия и песка. В «оазисе жизни» большая часть поверхности покрыта зарослями бурых и красных водорослей, колониями мшанок. Они цементируют галечниковую часть «карбонатной постройки» в виде корки и консолидируют ее отдельные части в единое целое.
«Карбонатная постройка» бухты Ласпи является уникальным геолого-биологическим объектом и требует дополнительных исследований.
Авторы выражают свою признательность и благодарность младшему научному сотруднику ИнБЮМ Т.В. Малаховой за оказанную помощь в изучении газового состава флюидов бухты Ласпи.
ЛИТЕРАТУРА
Арсланов Х.А. Радиоуглерод: Геохимия и геохронология. Л.: ЛГУ, 1987. 300 с.
Бондарев И.П., Ломакин И.Э. О возможности существования очагов пресноводной или солоноватоводной фауны на шельфе, материковом склоне и в глубоководной впадине Черного моря // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2012. № 3. С. 75-84.
Большаков А.М., Егоров А.В. Об использовании методики фазово-равновесной дегазации при газометрических исследованиях // Океанология. 1987. Т. 27, № 5. С. 861-862.
Валяев Б.М., Гринченко Ю.И., Ерохин В.Е. и др. Изотопный облик газов грязевых вулканов // Литология и полезные ископаемые. 1985. № 1. С. 72-87.
Гальченко В.Ф. Метанотрофные бактерии. М.: ГЕОС, 2001. 500 с.
Геворкьян В.Х., Бураков В.И., Исагулова Ю.К. и др. Газо-выделяющие постройки на дне северо-западной части Черного моря // Докл. АН УССР. 1991. № 4. С. 80-85.
Гидрогеология СССР. Т. 8. Крым. М.: Недра, 1970. 364 с.
Двойченко П.А. Черноморские землетрясения 1927 г. в Крыму // Природа. 1928. № 6. С. 524-541.
Дюбуа де Монпере Ф. Путешествие в Крым. Симферополь: Бизнес-Информ, 2009. 326 с.
Егоров В.Н., Артемов С.Б., Гулин С.Б. Метановые сипы в Черном море: средообразующая и экологическая роль. Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2011. 345 с.
Земская Т.И., Шубенкова О.В., Максименко С.Ю. и др. Структура желеобразных матов в районе приповерхностного залегания газогидратов структуры Санкт-Петербург (Средний Байкал) // Геология морей и океанов: Мат-лы 19-й Междунар. науч. конф. (Школы) по морской геологии. 2011. Т. 2. С. 42-43.
Костова С.К., Поповичев В.Н., Егоров В.Н. и др. Распределения ртути в воде и донных отложениях в местах локализации струйных метановых газовыделений со дна Черного моря // Морський еколопчний журнал. 2006. Т. 5, № 2. С. 47-55.
Леин А.Ю., Пименов Н.В., Саввичев А.С. и др. Метан как источник органического вещества и углекислоты карбонатов на холодном сипе в Норвежском море // Геохимия. 2000. № 3. С. 268-281.
Леин А.Ю. Жизнь на сероводороде и метане // Природа. 2005. № 12. С. 1-14.
Леин А.Ю., Гальченко В.В., Покровский Б.Г. и др. Морские карбонатные конкреции как результат процессов микробного окисления газогидратного метана в Охотском море // Геохимия. 1989. № 10. С. 1396-1406.
Лисицин А.П., Богданов Ю.А., Зоненшайн Л.П. и др. Гидротермальные проявления Срединно-Атлантического хребта на 26° с.ш. (Гидротермальное поле ТАГ) // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1989. № 12. С. 3-18.
Лущик А.В., Морозов В.И., Палин В.П. и др. Особенности формирования подземных вод в западной части Равнинного Крыма (на примере района бухты Очеретай) // Геол. журн. 1985. Т. 45, № 3. С. 101-107.
Лысенко Н.И., Лысенко В.И. Необычный камень — «гераклит» и проблемы дегазации метана в миоцене Крыма //
Геодинамика и нефтегазоносные системы Черноморско-Кас-пийского региона: Сб. докл. III Междунар. конф. «Крым-2001». Симферополь, 2001. С. 76-82.
Николаев С.Д., Свиточ А.А. Ядерные методы абсолютной геохронологии // Методы палеогеографических реконструкций. М.: МГУ, 2010. С. 332-342.
Пименов Н.В., Русанов И.И., Поглазова М.Н. и др. Бактериальные обрастания на коралловидных постройках в местах выхода метановых газовыделений в Черном море // Микробиология. 1997. № 6. С. 7-14.
Розанов А.Ю., Заварзин Г.А. Бактериальная палеонтология // Вестн. РАН. 1997. Т. 67, № 3. С. 241-245.
Рязанов А.К. Газ и газовые туманы на шельфе Черного моря // Докл. АН УССР. 1996. № 4. С. 90-94.
Совга Е.Е., Любарцева С.П., Любицкий А.А. Метан — стратегический ресурс Украины. Севастополь: МГИ, 2007. 68 с.
Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. М.: ООО «Геоинформцентр», 2002. 250 с.
Ткешелашвили Г.И., Егоров В.Н, Мествиришвили Ш.А. и др. Метановые газовыделения со дна Черного моря в приустьевой зоне реки Супса у побережья Грузии // Геохимия. 1997. № 3. С. 331-335.
Шик Н.В. Газовые выделения на дне бухты Ласпи // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2006. № 1. С. 135-136.
Шнюков Е.Ф., Кутний В.А., Маслаков Н.А., Шнюкова Е.Е. К минералогии карбонатных образований газовых источников Черного моря // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2006. № 2. С. 69-81.
Шнюков Е.Ф., Коболев В.П, Пасынков А.А. Газовый вулканизм Черного моря. Киев: Логос, 2013. 383 с.
Шнюков Е.Ф., Леин А.Ю., Егоров В.Н. и др. Обнаружение в Черном море глубоководных карбонатных построек биогенного происхождения // Докл. НАН Украины. 2004. № 1. С. 118-122.
Шнюков Е.Ф., Щербаков Е.Е., Шнюкова Е.Е. Палеоостров-ная дуга севера Черного моря. Киев: Чернобыльинформ, 1997. 287 с.
FLUID COMPOSITION OF MODERN DEGASSING AND PROCESSES OF CARBONATE CEMENTATION AT BEACH AREA OF LASPI BAY (SOUTHERN COAST OF CRIMEA)
V.I. Lysenko, N.V. Shik
An example of a cold shelf degassing is the outputs gases from the underwater part of the beach area Laspi Bay. The composition of gas bubbles fluid presents methane, ethane, propane and hydrogen sulfide. Facts about the presence of hydrogen sulfide in the gas require to review the principle of the formation the balance of hydrogen sulphide zone only due biological processes.
The results of geological research confirm that carbonate structures with oasis of life is formed in the active geodynamic environment around the gas jets. The formation of carbonate cement conglomerates in the beach area is connected with vital activity micro-and macro fauna and flora local biocenosis. High speed cementation of pebble allows to suppose that modern carbonate structures from great depths of the Black Sea and other have a younger age.
Key words: methane, degassing, aragonite, age, biogeocenosis, conglomerates, «carbonate constructions», Black Sea.
Сведения об авторах: Лысенко Виталий Иванович — канд. геол. наук, доцент филиала МГУ имени М.В. Ломоносова в Севастополе; e-mail: [email protected]; Шик Николай Васильевич — специалист высшей категории ЦТКСЭ, Севастополь; e-mail: [email protected]
