CC BY
61
СОСТАВ И СТРУКТУРА ИСКОПАЕМЫХ АММОНИТОВ (САВОСЕКАВ Е1АТМАЕ]
К. г.-м. н.
В. И. Каткова
К. г.-м. н.
С. В. Лыюров
С. н. с.
В. Н. Филиппов
Изучение ископаемых раковин аммонитов является актуальным для стратиграфов, палеонтологов, седи-ментологов и биоминералогов в связи с тем, что способствует выяснению онтогенеза, филогенеза и возможных причин вымирания этой группы моллюсков.
По результатам исследований триасовых, юрских и меловых аммонитов было установлено, что лучшая сохранность внутренних структур наблюдалась у раковин, гидростатические камеры которых были заполнены кальцитом. В случаях перекристаллизации, псевдоморфоза (пиритизации, ожелезнения) элементы внутреннего строения у аммонитов не обнаруживались. Интересно отметить, что у волжских аммонитов из окрестностей Рыбинска отлично сохранились не только раковины, но и цекум, фиксатор, сифон, различные органические мембраны. Кроме того, полости гидростатических камер оказались незаполненными ни осадком, ни кальцитом [2]. Однако в настоящее время авторы не знакомы с работами, рассматривающими минералогию их скелетов.
Данная работа посвящена исследованию структуры и состава минерального вещества, заместившего структурные элементы строения аммонитов из юрских (келловейских) отложений северной части Московской синеклизы.
Объекты наших исследований — это раковина аммонита с частичной сохранностью внутренней структуры и две минерализованные полости жилых камер без деталей внутреннего строения из обнажения Макарь-ев-Южный (р. Унжа, Костромская обл.). Данное обнажение широко известно, но, как правило, основное внимание исследователи уделяют верхнеюрской части разреза [1, 3, 5].
Раннекелловейские аммониты иногда встречаются в основании разреза в слое песчаных разностей почти у уреза реки, но особенно многочисленны в ее русле. По определению М. А. Рогова (Геологический институт РАН), исследованные аммониты относятся к роду Саёосегаз еЫшае (зона БЫшае, н. келловей). В первой раковине визуализировались прото-конх, фрагмокон с пустыми гидростатическими камерами и сохранившиеся септы (перегородки) между ними. Фрагменты сифонной трубки были замещены минеральным веществом. Стенка, не считая отдельных очагов деструкции, полностью покрывала раковину. У двух других аммонитов отсутствовали протоконх, фрагмокон и плохо сохранились стенки раковины.
Исследования проводились оптическими (ОЬУМРиБ-БХ51, МБС-10), рентгеноструктурными (ДРОН-3), ИК-спектроскопически-ми (БресоМ М-75,) и электронномикроскопическими (1БМ 6400) методами.
Осмотр аммонитов показал, что полость жилой камеры и частично фрагмокон хорошо сохранившегося скелета полностью заполнены минералами. Формы нахождения микроминералов в раковине довольно разнообразны. Характерным признаком, как правило, является их дисперсность в пределах 1—1000 мкм. По данным оптических методов, основная часть кристаллических образований представляет собой самостоятельные зерна кварца. Плагиоклазы, амфиболы, пирит, гипс, кварцит, обнаруженные при исследовании шлифов, можно считать акцессорными минералами в теле аммонита.
Арагонит. По данным В. В. Дру-щиц и Л. А. Догужаевой [2], вне-
шний (органический) слой раковины покрыт конхиолином. По нашим наблюдениям, минеральная составляющая исследованных фрагментов стенки жилых камер образована двумя слоями арагонита: наружным пластинчатым и внутренним призматическим. На основании полученных микроскопических и структурных данных было установлено, что упорядоченные структуры пластинчатого слоя на отдельных участках стенки аммонитов Саёосега8 еЫшае почти не подверглись фосси-лизации. На РЭМ-изображениях пластинчатый (перламутровый) слой, состоящий из параллельно сложенных друг на друга пластин арагонита, визуализируется в радиальном сечении в виде многочисленных колонн. Высота пластинки составляет 0.4 мкм. Мощность каждой колонны достигает 10 мкм. Элементарные пластины одной колонны, взаимопроникая в соседние ряды, формируют каркас сложной структуры. В некоторых случаях между колоннами просматриваются канальцы (каверны) диаметром около 1 мкм, подобные физиологическим канальцам в дентине зубов. Ряды колонн, ориентированные перпендикулярно к наружной поверхности стенки, придают пластинчатому слою зональное строение.
Под пластинчатым слоем располагается призматическая зона слоистого строения, которая покрывает всю внутреннюю поверхность стенки. Элементарные призмы в продольном сечении представляют собой столбчатые образования высотой 100 мкм. Приблизительная ширина призм (биовискеров) составляет 4 мкм. В них обнаруживаются зоны деструкции, которые представлены многочисленными порами различной формы и участками разупо-
Рис. 1. Призматическая структура стенки
рядоченных структур (рис. 1). Граница между двумя различными структурными образованиями араго-нитовой стенки наблюдается как в виде ровной, так и в виде ступенчатой линий. Минеральный состав перегородок (септ) между гидростатическими камерами представлен арагонитом.
Новообразованный арагонит в виде лучистых агрегатов выявляется на внутренней поверхности стенки раковины. Игольчатые кристаллы, длина которых составляет около 100 мкм, и скопления мелкодисперсной фазы арагонита обнаружены в межпоровых пространствах среди зерен кварца в жилой камере ископаемого скелета. Полагаем, что они сформировались в результате процессов перекристаллизации структурных элементов аммонита и известковых организмов (коколлитов и др.). Кроме новообразований арагонита методом РЭМ идентифицированы куполообразные агрегаты ман-гандоломита, состоящие из пластинчатых кристаллов.
В ходе предварительных исследований в аммонитах без элементов внутреннего строения не обнаружены лучистые агрегаты и другие структурные типы переотложенного арагонита.
Кварц в аммоните с лучшей сохранностью скелета представлен зернами округлой, неправильной формы. На основании глазомерного определения, содержание зерен кварца на отдельных участках шлифа составляет 40—50 %. Интересно отметить, что их размерность может быть обусловлена местом расположения в скелете. Если размер зерен аллювиального кварца заметно варьируется, то для кварца, расположенного в ка-
мерах, характерна незначительная дисперсность. Средний размер зерен составляет 700—800 мкм. Кристаллы чаще всего бесцветные, полупрозрачные, но встречаются также песочного и черного цвета. Они не имеют огранки, но с явными признаками растворения. Полагаем, что по
раковины аммонита
этой причине степень окатанности зерен в шлифах соответствует 0, тогда как при осмотре с помощью бинокулярной лупы и на РЭМ-изображениях они выглядят хорошо окатанными (рис. 2, а, б). По данным рентгеновских исследований было выявлено, что зерна представлены монокристаллами низкотемпературной модификации кварца. Главные линии минерала на рентгенограмме — 4.26, 3.34, 2.46, 1.82 Е.
Изучение 13 шлифов, изготовленных из аммонитов без сохранения элементов структур, показало, что скопления кристаллов кварца наблюдаются в виде контуров различной конфигурации и их процентное содержание в скелете значительно ниже, чем в аммоните с луч-
шей сохранностью. Содержание зерен в разных шлифах колеблется в пределах 3—15 %. Кроме того, в области мягкого тела было замечено множество пор различных размеров и форм, очерченных зернами кварца. Наряду с пустотами, окаймленными кварцем, присутствуют неустановленные палеобиоты без признаков замещения. Представленные различия в фоссилизации органических остатков могут свидетельствовать о степени устойчивости органического вещества к замещению или вероятности поэтапного окварцевания жилой камеры аммонита. По сравнению с описанным выше скелетом аммонита в них наряду с монокристаллами чаще наблюдаются метаморфизованные кристаллы кварца.
Фосфатное вещество в составе аммонитов, заполняющее промежутки между кристаллами кварца, представлено массой карбонатапатита, о чем свидетельствуют наиболее характерные полосы поглощения аниона [РО4] на ИК-спектрах, невырожденные колебания СОз-групп в области 1425—1460 см-1 и экстремумы на рентгеновских дифрактограммах. Следует отметить, что интенсивность полос карбонатной группы и уменьшение величины параметра «а» кристаллической решетки минерала подтверждают существенную карбонизацию исследуемого фосфатного вещества. На макроуровне апатит (от коричневого до черного цвета) имеет массивную структуру. Микроскопические исследования свидетельствуют, что фосфаты в аммонитах по структурной организации разделяются на три типа: глобулярный, скрытокристаллический (колломорфный) и бобовинный (рис. 3). Между кристаллами кварца выявлены бобовины карбонатапатита, которые в шлифах в проходящем свете имеют бурова-
Рис. 2. Зерна кварца окатанной формы
Рис. 3. Зерна кварца и бобовины апатита в шлифе аммонита с частичной сохранностью внутренней структуры, николи ||
тый, а в скрещенных николях черный цвет. На рентгенограммах этого вещества четко фиксируются рефлексы высокой интенсивности, принадлежащие апатиту (Е): 3.45, 3.17, 2.79, 2.69, 2.62, 1.93. Бобовины, как правило, агллютинированы зернами кварца. С помощью бинокулярной лупы на поверхности септ были обнаружены скопления сферических образований черного цвета. Структурными методами они диагностируются как апатит. Методами РЭМ и микрозон-дового анализа было выявлено, что часть зерен кварца покрыта отдельными глобулами и агрегатами апатита (рис. 4). Размер фосфатных частиц составляет 3—4 мкм. Кроме того, в лакунах конхиолинового слоя стенки аммонита, в канальцах пластинчатого слоя выявляются фосфатные частицы размером менее 1 мкм. Апатит
определяется в последней камере аммонитов в виде самостоятельных глобул или их скоплений размером менее 1 мкм среди многочисленных ко-коллитов и их фрагментов. По данным микрозондового анализа, соотношение Са/Р в них составляет 2:1.
Кроме вышеописанных минералов методом РЭМ и микрозондовым анализом был выявлен пирит, который наблюдается на РЭМ-изображе-ниях в виде фрамбоидальных скоплений. Размер зерен колеблется в пределах 0.5—1.0 мкм. По данным рентгеновской дифрактометрии, в составе арагонитовой стенки присутствует брушит. Монацит, амфиболы, минералы группы полевых шпатов (микроклин, плагиоклазы), слюды (мусковит), обнаруженные при исследовании шлифов, являются редкими минералами в ископаемых аммонитах.
Раковины аммонитов без элементов внутренней структуры оказались фосфатизированными на 70— 90 % по сравнению с окварцованной раковиной. Фосфатное вещество, по данным ИК-спектров и рентгеновской дифрактометрии, представлено карбонатапатитом. В структуре аммонита не выявлены фосфатные бобовины, не обнаружен переотло-женный арагонит в виде лучистых агрегатов или аморфизованного перламутра.
Остатки фоссилизированных организмов. Изучение шлифов показало, что ископаемые аммониты различаются по содержанию и сохранению обломков организмов. Согласно оптическим исследованиям, в составе цементирующего фосфатного вещества в окремененной раковине обнаружены две ювенильные особи аммонитов, не замещенные минеральным веществом, и фрагменты скелетов губки. Кроме того, выявляются кок-колиты и множество их фрагментов (рис. 5). По морфологии их можно отнести к типу зиголитов.
В фосфатизи-рованных раковинах наиболее часто встречаются формы пустот и обломков, которые напоминают формы диатомовых водорослей. В них не зафиксированы ни кокколи-ты, ни ювенильные формы аммонитов. В одном из фрагментов раковины, подвергшихся дезинтеграции, обнаружена фораминифера плохой сохранности из рода эпистомин.
Проведенные исследования трех ископаемых раковин показали пет-
Рис. 5. Коколлиты и их фрагменты
рографические различия по содержанию минералов и включениям окаменелостей органических остатков. Ископаемая раковина юрского аммонита с частичной сохранностью внутренней структуры полностью замещена кварцем и частично новообразованным арагонитом. Цементирую -щим веществом является карбонатап-татит. Ископаемые раковины аммонита без сохранности внутренней структуры замещены карбонатапати-том и скоплениями зерен кварца различной конфигурации.
Таким образом, на основании полученных результатов можно сказать, что изученные аммониты подверглись процессам фоссилизации при различных условиях седиментации. Лучшая сохранность скелета была обеспечена благодаря заполнению жилой камеры кристаллическим кварцем. Фосфатизирование раковин не способствовало сохранности внутреннего строения аммонитов.
Предварительные данные не позволяют пока авторам сделать заключение об условиях фоссилизации и требуют дальнейших минералогических исследований.
Авторы благодарны И. И. Голубевой за консультации.
Исследования проводились при поддержке гранта РФФИ 06-05-64755 и Программы Президиума РАН«Происхождение и эволюция биосферы» (подпрограммы 2), гранта Президента РФ НШ-1014.2008.5.
Литература
1. Бушнев Д. А., Щепетова Е. В., Лыюров С. В. Геохимия оксфордских высокоуглеродистых отложений Русской плиты // Литология и полезные ископаемые, 2006. №5. С. 1—14. 2. Дру-щиц В. В., Догужаева Л. А. Аммониты под электронным микроскопом (внутреннее строение раковины и систематика мезозойских филлоцератид, лито-цератид и 6 семейств раннемеловых аммонитид). М.: МГУ, 1981. 240 с.
3. Средний и верхний оксфорд Русской платформы. Л.: Наука, 1989. 183 с.
4. Стратиграфия СССР. Юрская система. М.:Недра, 1972. 524 с. 5. Hantzpergue P., Baudin F, Mitta V. et al. The Upper Jurassic of the Volga basin: ammonite biostratigraphy and occurrence of organic-carbon rich facies. Correlations between boreal-subboreal and submediterranean provinces // Mttmoires du Musftum national d' Histoire naturelle. 1998. Vol. 179. P. 9—33.
Рис. 4. Глобулы апатита на кристалле кварца
