CC BY
72
ЗАГАДКА КАЛЬЦНТОВЫХ ПСЕВДОМОРФОЗ.
СУДЬБА ОТКРЫТНЯ МНШН КАПЛАНА
Д. г.-м. н. Я. Э. Юдович
yudovich@geo.komisc.ru
В 1982 г. Э. Зюсс и соавторы сообщили о том, что в углеродистых приан-тарктических осадках (провинция Бран-сфилд и Антарктический п-ов) на глубине 1950 м, при нулевой температуре воды придонного слоя, ими был выявлен гексагидрат карбоната кальция: СаС03-6Н20. Это был минерал икаит, открытый в 1964 г. в замерзающих водах гренландского фьорда Ика близ Ивиг-туд [12].
В те годы всякая находка икаита была большой редкостью и привлекала внимание. Но все же главным предметом гордости авторского коллектива была не столько сама находка, сколько ее генетическая интерпретация: они пришли к выводу о том, что именно по икаиту формировались кальцито-вые псевдоморфозы, еще в 1905 г. найденные в Австралии и названные «глендонитом», а в дальнейшем описанные во многих других районах земного шара под самыми разными названиями. Из этого следовало, что не только сам икаит, но и кальцитовые псевдоморфозы по нему являются климатическими индикаторами — они указывают на холодный (или даже ледовый!) климат в период седиментации осадков, первоначально содержавших икаит. Поскольку сделанные выводы были далеко не тривиальны — статья была помещена в столь престижном журнале, как Science; а такие публикации ценятся в научном мире не ниже, чем публикации в знаменитой британской Nature...
После этого появилась по меньшей мере дюжина статей, перечень которых дан нами в табл. 1. В них описывались: (а) находки шестиводного гидрата-ика-ита; (б) находки одноводного гидрата — моногидрокальцита СаС03-Н20; (в) кальцитовые псевдоморфозы по этим нестабильным минералам, образовавшиеся вследствие повышения температуры (г), получение гидратов СаС03 в эксперименте. Все эти работы подтверждали главный геологический вывод: гидраты СаС03 образуются
только при температуре, близкой к 0 °С, и поэтому, несомненно, являются индикаторами холодного климата в период седиментации.
И всё бы выглядело хорошо, если бы не одно обстоятельство, к сожалению уже давно ставшее обыденным в запад-
Михаил Ефимович Каплан
ной науке, — игнорирование российского приоритета. Ни Зюсс и его соавторы, ни те, кто разрабатывал эту тему позже, не ссылались на своего российского предшественника... В действительности фундаментальное описание кальцитовых псевдоморфоз и принципиальный генетический вывод были впервые сделаны Михаилом Ефимовичем Капланом — литологом из ленинградского ВНИГРИ, умершим от рака в 40 лет, в самом расцвете своего таланта.
Согласно мощному обобщению Миши Каплана, в разновозрастных отложениях Северной Америки, Европы, Азии и Австралии неоднократно описывали необычные кристаллические кальцитовые образования под местными названиями: псеедогейлюссит, ячменные зерна, ярроеит, тинолит, глен-донит, геннойши, беломорские ро-
гулъки. Существовало убеждение, что эти образования — псевдоморфозы по более ранним минералам. В качестве таковых называли гейлюссит, глаубе-рит, гипс, целестин, ангидрит, серу, тенардит и неизвестные легкорастворимые соли.
В процессе своих региональных работ по мезозою севера Восточной Сибири он провел фундаментальное изучение этих образований в юрско-нижнемеловых отложениях Якутии, описав их в двух десятках разрезов по Анабару, Оленеку, Лене и побережью моря Лаптевых [2]. Он установил, что на этой громадной территории (около 0.7 млн км2) горизонты с псевдоморфозами прослеживаются на расстояние 1—2 тыс. км.
По совокупности признаков изученных им псевдоморфоз в отложениях 1-К1 севера Сибири М. Е. Каплан пришел к выводу о том, что они формировались в алевритово-глинистых осадках верхней и нижней сублиторали нормально аэрируемого, возможно несколько опресненного морского бассейна в периоды похолоданий климата. Они образовались в раннем диагенезе в жидком илу на границе вода/осадок:
«Об этом сеидетелъстеуют оченъ низкое содержание нерастеоримого остатка, что еозможно лишъ при от-носителъно сеободном росте кристал-лое; частая приуроченностъ псеедо-морфоз к норам и ходам бентосных жиеотных; огибание кристаллое сло-истостъю; редкие находки окатанных, еымытых из осадка псеедоморфоз с обломанными концами кристаллое; случаи примыкания слоистого осадка к кристаллам, по-еидимому, еыступае-шим над поеерхностъю дна. Все ос-талъные диагенетические минералъ-ные ноеообразоеания — пирит и конкреционные карбонаты — еозникли позже и есегда облекают псеедоморфо-зы» [2, с. 69].
М. Е. Каплан отверг возможность замещения кальцитом всех предполагавшихся ранее эвапоритовых минералов (гейлюссита, глауберита и др.), посколь-
Таблица1
Некоторые исследования кальцитовых псевдоморфоз и гидратов СаСОз в хронологической последовательности
Краткое содержание Год Ссылка
М. Е. Каплан: Фундаментальное изучение морфологии и генезиса кальцитовых псевдоморфоз в юрско-нижнемеловых отложениях Якутии, в двух десятках разрезов по Анабару, Оленеку, Лене и побережью моря Лаптевых (см. текст) 1978 2
В углеродистых приантарктических осадках (провинция Брансфилд и Антактический п-ов) на глубине 1950 м и при нулевой температуре воды придонного слоя был выявлен гексагидрат кальцита: СаС03-6Н20 Очевидно, именно по нему формируются псевдоморфозы, называемые «глендонитом» 1982 12
В крупнейшем в мире (~1244 км2) высокогорном пресноводном озере Севан вследствие испарения ежегодно происходит сильное пересыщение по карбонату и из подщелоченных вод с минерализацией 716 мг/л и pH 8.5—9.1 ежегодно осаждается 0.03 мм карбонатов, что составляет 24 тыс. т. Преобладающим осадком является кальцит, содержащий около 2 % MgC03, о чем можно судить по небольшому смещению главного рефлекса в сторону больших углов — до значений 3.022 Â (вместо 3.030 Â для химически чистого кальцита). Наряду с ним в западной части озера отмечено образование Mg-кальцита, содержащего 2—10 % MgC03 (значения d/n от 3.028 до 3.022 Â). Однако главной экзотикой минерального осадка является присутствие «пористой и дырчатой корочки, лежащей на дне», сложенной моногидрокальцитом СаС03 Н20, с характерными рефлексами 4.32, 3.07 и 2.16 Â. Этот минерал отмечен только в мелководных осадках, на глубоководье его нет [3, с. 43] 1983 3
В середине 19 в. в грязях Ярроу-Слейк нар. Тин в СВ Англии были описаны пористые псевдоморфозы по каким-то кристаллам, названные «ярровитом» (jarrowite). И лишь в 1985 г. Ширман и Смит показали, что это псевдоморфозы по метастабильному икаиту, который кристаллизуется при температуре около 0 °С. Этот псевдоморфный «ярровит» в других регионах описывали как «псевдогейлюссит», «тинолин», «глендонит», «фундилит» и др. Все они — суть псевдоморфозы по икаиту и потому могут рассматриваться как минеральные палеотермометры 1985 11
В глубоководном конусе выноса р. Заир обнаружены слабо сцементированные полупрозрачные пористые агрегаты коричневого кальцита с реликтами икаита. Считают, что икаит образовался по первоначальному аутогенному кальциту-1 при Т <5 °С в анаэробной среде, обогащенной ОВ, и затем снова замещался микрокристаллическим кальцитом 1987 7
По берегам крупных озер Лахонтан и Моно в СЗ Неваде развиты пористые четвертичные известковые туфы. В их пустотах находится кристаллический кальцит с размером индивидов до 10 см. Считалось, что это псевдоморфозы по содовому минералу гейлюсситу, и для них употребляли специальный термин «тинолит». Однако более тщательное исследование показало, что прекурсором «тинолита» был икаит СаС03-6Н20, неустойчивый при температурах выше 0 °С. Поэтому предполагают, что наличие «тинолитов» отражает климатические изменения, связанные с оледенениями 1989 10
«Глендонит» был описан в 1905 г. (David T. W. et al.: цит. по: [9]) в Глендонбруке, Нов. Южн. Уэльс, и представлял собой псевдоморфозы кальцита (а также гипса) по предполагаемым глаубериту, мирабилиту, а также открытому позже икаиту. В нижнемеловых глинистых сланцах и песчаниках, а также в эллипсоидальных карбонатных мегаконкрециях (размером до 0.5 м) на юге бас. Эроманга в Южн. Австралии описаны сфероидальные розетки или пучки кристаллов кальцита диаметром от 20 до 150 мм. Мелкие кристаллы в поперечном сечении треугольные или трапециевидные, более крупные (до 65 мм) пластинчатые с искривленными гранями и ребрами. Это кальцит-1, темный серокоричневый вследствие обилия включений глинистых и песчаных частиц. На него нарастает (или выполняет трещинки) белый кальцит-2. Образования кальцита-1 отнесены к глендониту. В данном случае крупные кристаллы кальцита напоминают по форме первые два минерала, а мелкие - икаит. Считают, что описанные глендониты образовались в холодных (перигляциальных) прибрежных водах раннего мела 1990 9
В известковых туфах на выходе холодных соленых источников* в Роване (о. Хоккайдо, Япония) описано осаждение моноклинного икаита зимой и сферических образований фатерита (в ассоциации с кальцитом и моногидратом кальцита) в более теплое время года. Пемзообразный облик и зональность сферических агрегатов фатерита указывают на его образование при разрушении икаита 1999 5
На острове Аксель-Хейберг в Канадском арктическом архипелаге в соленосных источниках образуются травертины, в которых присутствуют эвгедральные кристаллы икаита длиной до 0.5 см, неустойчивые в летнее время года. Считают, что образованию икаита способствовал определенный химический состав растворов в сочетании с длительным низкотемпературным периодом его кристаллизации 2001 8
Экспериментальные работы и находка икаита на ЮЗ Гренландии как осадка в почти замерзающих насыщенных по карбонату донных водах фьорда Ика, а также быстрое его разложение до безводного СаС03 указывают на его метастабильность. Необычные кальцитовые псевдоморфозы, описанные как «глендониты» и «тинолиты», образовались по икаиту и могут служить палеотермометрами 2001 13
В эксперименте польских ученых икаит получали при температуре около 0 °С и добавках калгона, который препятствует кристаллизации кальцита. Полученный продукт представлял собой моноклинные идиоморфные кристаллики размером до 0.1 2001 14
* Вода источников имеет следующие параметры: Т = 10.7 °С, рН = 6.7, С1= 3.9 г/л, ИСОэ = 5.68 г/л 16 ----------------------------------------------------------------------------------------------
Продолжение табл. 1
В оз. Хубсугул, вода которого обладает слабощелочной реакцией (pH 7.8—8.2) и повышенным отношением Mg/Ca, присутствует моногидрокальцит СаС03 Н20, что связывают кроме прочего с эпизодами похолодания климата. 2005 1
Моногидрокальцит — гексагональный СаС0з'Н20 — установлен в голоценовых диатомовых илах оз. Хубсугул в количестве до 7—10 %. Генезис этого метастабильного минерала исследователям неясен. Считают, что для его образования необходимы pH не ниже 8.1, пересыщение вод по карбонату Са, определенный интервал отношения Mg/Ca и наличие в растворе таких протекторов, как Mg2+ и фосфат-ион 2006 4
ку они не могут формироваться при температурах, близких к нулевым*. Он присоединяется к идее, подсказанной ему В. Б. Татарским, — о том, что субстратом для кальцитовых псевдоморфоз замещения послужил метастабильный шестиводный карбонат икаит — СаСО3-6Н2О, образование которого в настоящее время наблюдается в углекислых источниках, разгружающихся в холодные прибрежные воды Гренландии.
... Подбирая материалы для лекции «Минеральные индикаторы климата», я нашел и прочитал все сочинения, перечисленные в табл. 1, и обнаружил то, о чем сказано выше: М. Е. Каплан копал эту тему не только раньше всех, но шире и глубже тех, кто работал позднее. Хотя я хорошо знал коллег Миши Каплана по ВНИГРИ—моих друзей-литологов Бориса Лебедева (давно уже профессорствующего в Петербургском университете) и его жену Г алю Лебедеву, в период моей аспирантуры в Ленинграде (1965—1966) с Мишей Капланом мы лично не были знакомы, о чем я спустя почти полвека — горько сожалею. Как рассказывали мне Лебедевы и как напечатано в некрологе-1978, подписанном среди прочих и такими людьми, как академики Б. С. Соколов и А. Л. Яншин, крупнейшие сибирские литологи и геологи В. Н. Сакс и И. В. Николаева, родившийся 20 января 1937 г. в Одессе Миша Каплан был весьма незаурядной, обаятельной личностью: высокоталантливым, всегда веселым и открытым, вдобавок (что знали его коллеги по тяжелейшим сибирским полям) — отважным и мужественным человеком.
.. С фотографии, снятой незадолго до его смерти, на нас смотрит ясноглазый бородатый красавец—настоящий древний витязь, удивительно похожий на своего тезку — дорогого мне человека Мишу Соколова. Умного, общительного, доброжелательного Мишу Каплана хорошо знали, уважали и любили не только ленинг-
радцы (ВНИГРИ, НИИГА-СевМоргео), но и сибиряки, с которыми он тесно сотрудничал: в Институте геологии и геофизики СО АН СССР, в СНИИГГиМСе, в Якутии. Творческий масштаб М. Е. Каплана был очень значителен: к 40 годам он не только опубликовал около 60 первоклассных статей и отличную книжку по своей кандидатской — «Литология морских мезозойских отложений Восточной Сибири» (Тр. ВНИГРИ, 1976, вып. 357), но и, будучи блестяще эрудированным геологом, — перевел «Геологию глин» Ш. Милло, перевел и отредактировал «Морскую геологию» Ф. Шеппарда, поместил в «РЖ Геология» около 200 рефератов.
Прекрасно, что в нашем институте усилиями академика Н. П. Юшкина увековечена память Миши Соколова. Мне бы хотелось, чтобы имя Миши Каплана, творчество которого оборвалось на крутом взлете, также не было забыто — и не только в Петербурге или Новосибирске, но и во всей российской литологии, в которой он оставил столь яркий след.
Литература
1. Жданова А. Н., Солотчина Э. П. Моногидрокальцит в осадках озера Хуб-сугул как индикатор изменения климата // Минералогические музеи: Материалы 5го Междунар. симпоз. СПб.: СПбУ, 2005. С. 116—118. 2. Каплан М. Е. Кальцитовые псевдоморфозы в юрских и меловых отложениях севера Восточной Сибири // Геол. и геофиз., 1978. № 12. С. 62—70. 3. Резников С. А., Туровский Д. С. Новые данные о минералогическом составе и распределении карбонатов в донных отложениях оз. Севан // Вопросы химии природных вод, методы их исследования. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1983. С. 36—44 (Гидрохим. Материалы. Т. 88). 4. Солотчина Э. П., Столповс-кая В. Н., Кузьмин М. А. и др. Первые результаты минералогических исследований глубоководных осадков озера Хубсугул
(Монголия) // Теория, история, философия и практика минералогии: Материалы IV Междунар. Семинара. Сыктывкар: Геопринт, 2006. С. 190—191. 5. Ito T., Matsubara S., Miyawaki R. Vaterite after ikaite in carbonate sediment // Ganko = J. Miner., Petrol. And Econ. Geol., 1999. Vol.
95. № 5. P. 176—182. 6. ЮшкинH. П. Опыт среднемасштабной топоминералогии. Пай-хойско-Южноновоземельская минералогическая провинция. Л.: Наука, 1980. 376 с. 7. Jansen J. H. F., Woensdregt C. F., Kooistra M. J., Gaast S. J. van der. Ikaite pseudomorphs in the Zaire dep-sea fan: An intermediate between calcite and porous calcite // Geology, 1987. Vol. 15. № 3. P. 245— 248. 8. Omelon S. R., Pollard W. H., Marion G. M. Seasonal formation of ikaite (CaCO3-6H2O) in saline spring discharge at Expedition Fiord, Canadian High Arctic: Assessing conditional constrains for natural crystal growth // Geochim. Cosmochim. Acta, 2001. Vol. 65. № 9. P 1429—1437. 9. Sheard M. J. Glendonites from the southern Eromanga basin in South Australia: paleoclimatic indicators for Cretaceous ice // Quart. Geol. Notes Geol. Surv. S. Austral., 1990, № 114. P 17—23. 10. Shearman D. J., McGugan A., Stein C., Smith A. G. Ikaite, CaCO3-6H2O, precursor of the tinolites in the Quaternary tufas and tufa mounds of the Lahontan and Mono Lake Basins, western United States // Bull. Geol. Soc. Amer., 1989. Vol. 101. № 7. P. 913—917. 11. Shearman D.J., Smith A.J. Ikaite, the parent mineral of jarrowite-type pseudomorphs // Proc. Geol. Soc., 1985. Vol.
96. № 4. P. 305—314. 12. Suess E, Balzer W., Hesse K.-F., Mbller P. J., Ungerer C. A., Wefer G. Calcium carbonate hexahydrate from organic-rich sediments of the Antarctic shelf: precursors of glendonites // Science, 1982. Vol. 216. № 4550. P 1128—1131. 13. Swainson I. P., HammondR. P. Ikaite, CaCO3-6H2O: Cold comfort for glendonites as paleothermometers // Amer. Miner., 2001. Vol. 86. № 11—12. P. 1530—1533. 14. VlosD., Zabinski W. Ikait CaCO3-6H2O I jego synteza // Geologia, 2001. Vol. 27. № 2—4, P. 307—314.
* Заметим, однако, что исследованиями акад. Н. П. Юшкина в Арктике показано, что вымораживание растворов может приводить к такой их концентрации, в которой становится реальной садка солевых минералов! Во всяком случае при морозном выветривании сульфидоносных черных сланцев Пай-Хоя образовался широкий спектр сульфатов, сульфато-фосфатов и других как бы «эвапорито-вых» минералов, ранее считавшихся типовыми только для жарких аридных обстановок [6].
