Петрозаводск, Республика Карелия, Россия
УДК 551.72 Альгонк. Протерозой. Эозой Гурон. Анимики. Кивино. Иотний. Пржибрам. Синий. Белт. Гранд-Каньон. Далрейд. Торридон. Хекла-Хук. Рифей. Докембрийские суперслои (комплексы) (Гренландия). Спарагмитовая формация.Эокембрий. Далсландий. Орогения: Килларнейская
В статье приводятся результаты изучения нового рода строматолитов Severinsaaria unica gen. nov., обнаруженных на Карельском кратоне Фенноскандинавского щита в карбонатных породах разреза верхнего ятулия (палеопротерозой) юго-западного побережья озера Сегозеро (Центрально-Карельская строматолитовая провинция). Строматолиты были изучены различными методами, включая оптическую и электронную микроскопию, метод графического препарирования и 3D-визуализацию в программном обеспечении Blender. Проведено сравнение Severinsaaria gen. nov. с типичными столбчатыми строматолитами района изучения — Djulmekella и Segosia. Выделение нового рода Severinsaaria позволяет расширить знания о разнообразии палеопротерозойских строматолитовых построек на Карельском кратоне и дополнить палеонтологическую характеристику Центрально-Карельской строматолитовой провинции.
строматолиты, палеопротерозой, ятулий, Карельский кратон, Фенноскандинавский щит
Введение
Актуальность данной работы связана с вопросами изучения древнейших следов жизни на Земле, сохранившихся в виде строматолитов — слоистых донных микробных отложений (Riding, 2011). Они имеют самую продолжительную летопись в истории Земли (Riding, 1991) и доминируют среди фоссилий докембрийского возраста (McLoughlin et. al., 2013).
На Карельском кратоне Фенноскандинавского щита выделяются 4 строматолитовые провинции палеопротерозойского возраста: Северо-, Центрально-, Южно- и Восточно-Карельская (Макарихин и др., 2007), которые характеризуются уникальными сообществами строматолитов. Изученный разрез находится в Центрально-Карельской строматолитовой провинции в районе оз. Сегозеро (рис. 1).
Местонахождения строматолитов и их стратиграфическое распространение в разрезах на оз. Сегозеро были описаны исследователями в 80-х годах (Макарихин, Кононова, 1983; Сацук и др., 1988; Проблемы…, 1989). Один из наиболее богатых строматолитами разрез описан на острове Дюльмек, находящемся близ восточного берега оз. Сегозеро (рис. 1). В этом разрезе основными палеонтологическими объектами являются столбчатые строматолиты Segosia impexa Mak., S.columnaris Butin и Djulmekella djulmekensis Mak. (Макарихин, Кононова, 1983). Также выделяется местонахождение на о. Северинсаари со строматолитами Omachtenia rhoda Mak. et Medv (Макарихин, 1992).
В районе юго-западного берега оз. Сегозеро в ходе полевых работ 2023 года нами было обнаружено ранее неизвестное местонахождение строматолитов (рис. 1). Изучение найденных строматолитовых построек показало, что они морфологически отличаются от ранее описанных здесь столбчатых строматолитов Segosia, Djulmekella и пластово-столбчатых Omachtenia (рис. 2). В настоящей статье приводятся результаты изучения недавней находки строматолитов, которые позволяют выделить новый род столбчатых построек, расширяющий палеонтологическую характеристику района оз. Сегозеро в Центрально-Карельской строматолитовой провинции.
Геологическое положение
Ондозерско-Сегозерская площадь в Центральной Карелии объединяет складчатые архейские зеленокаменные структуры лопийского надгоризонта, гранитогнейсовые и гранитоидные блоки и перекрывающие их узкие, вытянутые в северо-западном направлении протерозойские структуры, представленные отложениями сумийского, сариолийского и ятулийского надгоризонтов (Дмитриева, Кулешевич, 2018).
Протерозойские породы представлены андезибазальтами сумийского и олигомиктовыми гранитными конгломератами сариолийского надгоризонтов. Выше по разрезу залегают кварцевые песчаники, алевролиты и карбонатные породы ятулийского надгоризонта, который подразделяется на сегозерский и онежский горизонты. Под сегозерским горизонтом понимается существенно кварцитопесчаниковая толща. Под онежским горизонтом понимается толща, сложенная преимущественно карбонатными породами (Сацук и др., 1988).
Острова Дюльмек и Северинсаари признаны геологическими памятниками природы в 1984 году. На этих островах выходы розовато-серых доломитов верхнего ятулия (онежский горизонт) образуют уникальный комплекс палеопротерозойских строматолитов, некоторые из них являются единственными в мире (Геологические памятники…, 2006).
Материалы и методы исследования
Фактическим материалом послужили образцы строматолитов, отобранные нами во время полевых работ 2023 года в районе юго-западного берега оз. Сегозеро (Центральная Карелия). В качестве сравнительного материала для настоящего исследования послужили строматолиты Segosia, Djulmekella, (о. Дюльмек) и Omachtenia (о. Северинсаари) из коллекции Р. В. Бутина и В. В. Макарихина, хранящиеся в музее геологии ИГ КарНЦ РАН.
Образцы строматолитовых построек изучались на сканирующих электронных микроскопах VEGA II LSH (Tescan) при ускоряющем напряжении 20 кВ с энерго-дисперсионным микроанализатором INCA Energy 350 (Oxford instruments) и KYKY (ЦКП Кар НЦ РАН, Петрозаводск). СЭМ-изображения и анализы проводились также на электронном микрозонде ThermoFischer Scientific Axia ChemiSEM с энергодисперсионной приставкой TrueSight EDS 25 mm2 (ЦКП «Геонаука», ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар). Анализы проводились при ускоряющем напряжении 10 и 20 кВ, токе зонда 0.85 мкА, размере пучка 180 нм и области возбуждения до 5 мкм. С использованием программного обеспечения xT SEM изучалась морфология микрослоев, исследовался химический состав вмещающей породы, а также проводился поиск возможно сохранившихся остатков цианобактерий. Образцы строматолитовых построек представляют собой шлифы и аншлифы с напыленным бериллием.
Для получения увеличенных снимков образца в отраженном свете использовался оптический микроскоп Tomlov.
Воссоздание формы столбиков строматолитов и их взаимного расположения в породе проводилось на основе метода «графического препарирования» (Крылов, 1963) и применения метода 3D-моделирования. Образец разрезался алмазным диском на параллельные пластины толщиной 5–7 мм, затем контуры строматолитовой колонки с поверхностей распилов фотографировались. Фотографии обрабатывались и накладывались одна на другую в соответствующем порядке. Так восстанавливалась форма столбика внутри породы и строматолитовые столбики графически освобождались от вмещающей породы. В результате получилась обобщенная объемная модель, которая дает возможность выявить сходство и различие строматолитовых построек с гораздо большей точностью, чем при сравнении отдельных пришлифовок (Лютиков, 2024).
Проведенное трехмерное моделирование позволяет получить изображения пространственных форм исследуемых строматолитов и сравнить с моделями других строматолитов.
Описание разреза о. Северинсаари
В юго-западной части оз. Сегозеро, при низком стоянии воды в озере обнажены коренные выходы и крупные элювиальные глыбы мраморизованного известняка, содержащего послойные скопления пластово-столбчатых построек, среди которых определены Omachtenia rhoda Mak. et Medv. (рис. 3).
В этих известняках строматолитовые постройки О. rhoda на поверхности напластования узнаются по округлым сечениям столбиков, диаметр которых достигает 2.5–3.0 см. В осевых сечениях построек наблюдаются тесное расположение столбиков, практически незаметное ветвление, слабовыпуклый рисунок строматолитовых наслоений и большое количество соединительных мостиков. Аналогичные строматолиты встречены еще в двух местонахождениях в пределах Сундозерско-Пялозерского биостратотипического района (Макарихин, Кононова, 1983).
На юго-западном побережье оз. Сегозеро, вблизи о. Северинсаари нами изучен раннее неизвестный разрез со строматолитами. В хорошо отмытых озерным прибоем обнажениях видна верхняя часть сегозерского и нижняя часть онежского горизонтов ятулия: кварцевые конгломераты, кварцитопесчаники с красноцветными алевролитами. Наблюдаются разнообразные слоистые и косослоистые текстуры, знаки ряби и трещины усыхания. Осадочные породы залегают на размытой поверхности базальтовых лав. Верхняя часть разреза представлена пестроцветными обломочными доломитами, в которых и были найдены строматолитовые постройки, формирующие небольшие (до 1 м протяжённостью) линзовидные биостромы (рис. 3).
Обсуждение результатов
Возможно, что колебание уровня воды на мелководье палеобассейна обусловило в разрезе о. Северинсаари смену изучаемых столбчатых строматолитов Severinsaaria gen. et sp. nov. на пластово-столбчатые Omachtenia sp., которые перекрываются осадками. В разрезе на о. Дюльмек цикл повторяется — столбчатые Segosia и Djulmekella сменяются желваковыми Collenia sp. Такая же закономерность в смене морфологических типов наблюдается в Южно-Карельской строматолитовой провинции, в Сундозерско-Пялозерском биостратотипическом районе. Здесь группа столбчатых строматолитов Carelozoon metzgerii Mak., Sundosia mira Butin, Parallelophyton raigubicum Mak. выше по разрезу сменяется желваковыми Colleniella sp., Omachtenia sp., затем следует перерыв строматолитообразования и цикл повторяется — столбчатые Carelozoon sp., Carelozoon jatulicum Metz., Parallelophyton strictum Mak. сменяются желваковыми Colleniella palica Mak. и пластовыми Stratifera sp. (Макарихин, Кононова, 1983).
Подобные изменения морфологических типов строматолитовых построек зависят от гидродинамических условий среды и скорости поступления обломочного материала: чем выше гидродинамика и больше поступление обломков, тем сложнее форма построек. Эта закономерность была выявлена при исследовании неопротерозойских строматолитов Бразилии (Bedoya-Rueda et al., 2024), мезопротерозойских строматолитов в Китае (Yang et al., 2022) и современных строматолитов в заливе Шарк-Бей (Logan et al., 1964; Jahnert, Collins, 2012).
Изученные столбчатые строматолитовые постройки имеют размеры от 2 до 7 см высотой. При детальном рассмотрении образца хорошо видна слоистость постройки — биогенные (светлые) и хемогенные (темные) слои (рис. 4). Биогенные слои пелитоморфные, содержат гематит, что придает им красноватый цвет. Хемогенные слои сложены кристаллами кварца. При распиловке образца обнаружилось, что столбики имеют изгиб оси роста, что отчетливо фиксируется в каждой полученной пластинке (толщина 5–6 мм).
При исследовании эродированной части образца на оптическом микроскопе Tomlov уделялось внимание структуре строматолитовых наслоений. Каждый слой четко прослеживается и не прерывается. Отчетливо выделяются хемогенные слои, состоящие из мелкозернистого кварца. В основании столбиков присутствуют крупные окатанные гальки (рис. 5), сложенные чаще всего кварцем, на которых цианобактериальный мат начинал свой рост.
В изученных шлифах с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) прослеживается тонкая строматолитовая слоистость (рис. 6, 7).
При исследовании микроструктуры строматолита Severinsaaria unica gen. et sp. nov. с помощью СЭМ были выявлены остатки строматолитостроителей в виде бактериальных пленок (рис. 8) и сферических скоплений (рис. 9, a–d). Сферы имеют неровную поверхность и, вероятно, состоят из множества более мелких округлых объектов. Схожие по морфологии скопления сфер были обнаружены в образцах травертина из горячих источников Le Zitelle в Италии (условия среды: Т = 61 °C, pH = 6.3) (Carlton et al., 2000). Также в изучаемом образце обнаружены нитеобразные скопления вокруг мелких (2–3 нм) частиц доломита (рис. 9, f).
Нельзя утверждать, что обнаруженные биогенные остатки в строматолитах и следы их активности являются in situ; организмы могли попасть уже в сформированную породу в процессе литогенеза. Однако сравнительный морфологический анализ обнаруженных форм показывает определенное сходство с подтверждёнными палеопротерозойскими фоссилиями — кокками и нитевидными формами, обнаруженными в углеродистых сланцах и туфогенно-осадочных породах Хизоваарской зеленокаменной структуры, а также в корах выветривания палеопротерозоя оз. Паанаярви (Ископаемые…, 2011).
В целом образец сложен однотипно — переслои массивного доломита с редкими его кристаллами, а также зерна кварца. Встречаются такие минералы, как биотит, гематит, сфен, пирит, клиноэнстатит (рис. 9, e). Сохранившихся биогенных остатков крайне мало, в основном они присутствуют в пустотах породы.
С помощью метода трёхмерного моделирования была воссоздана морфология столбиков Severinsaaria gen. nov. Благодаря этому удалось провести сравнение не только физических образцов, но и виртуальных (рис. 10). Оказалось, что изучаемые строматолиты отличаются от сравниваемых не только общим размером построек и морфологией, но и характером роста, наслоений, а также расположением столбиков относительно друг друга. Severinsaaria gen. nov. не обладает ветвлением, каждый столбик представляет собой отдельную постройку, в отличие от Segosia, Djulmekella, Omachtenia, у которых столбики располагаются очень близко друг к другу и часто имеют соединительные мостики.
Описание строматолита
Принцип и структура описания строматолита основаны на материалах предшественников (Макарихин, Кононова, 1983; Макарихин, 2011).
Род Severinsaaria gen.nov. (подотдел Stromatolitophytina).
Происхождение названия рода связано с наименованием острова Северинсаари, вблизи которого встречены эти строматолиты.
Тип рода Severinsaaria unica, gen. et sp. nov. Центральная Карелия, онежский горизонт ятулия.
Диагноз. Постройка в виде столбика с конусной верхушкой. Строматолитовые наслоения хорошо выражены и заметны на отполированной поверхности в виде чередования красноватых и фиолетовых слойков. Рядом присутствуют еще несколько столбиков меньшего размера. Они имеют общее основание, но в процессе роста отделяются друг от друга, формируя отдельные постройки с явно выраженными арками. Ветвления столбиков не обнаружено. Вмещающий доломит грязно-белого цвета на выветрелой поверхности, но при разрезе и полировке обнаружились лилово-коричневые и оранжевые включения, обусловленные примесью гематита.
Состав рода. Один вид Severinsaaria unica gen. et sp. nov.
Сравнение. От рода Segosia и Djulmekella отличается более крупным размером (шириной) и характером столбиков, а также отсутствием ветвления. Характер роста построек Segosia и Djulmekella представляет собой, как правило, несколько столбиков, плотно находящихся вместе, в отличие от Severinsaaria, представленного единичными отдельными крупными столбиками. Угол наклона арок более пологий в отличие от сравниваемых строматолитов. Цвет породы также отличается: у Severinsaaria буро-малиновый, красноватый, а у Segosia и Djulmekella оранжевый. Отличия в цвете связаны с присутствием различных примесей в породе.
Морфологией постройки и размерами новый род похож на Conophyton Maslov, но у Severinsaaria отсутствует осевая зона (конус в конусе), что является главным признаком Conophyton. Однако есть некоторое сходство. Например, столбики Conophyton minusculum Semikhatov (формация Рокнест серии Эупорт, Канадский щит) имеют искривленные оси, а также начинают рост от общего пластового основания, как и Severinsaaria. Такие же особенности проявлены и у Murmania sidorenkia Ljubtzov (Печенгский комплекс, Кольский полуостров). Последняя особенность присуща многим строматолитам, поэтому не является значимой. От рода Colonella Komar (тоже неветвящихся столбчатых строматолитов) отличается крутым характером арок.
Геологический возраст и распространение. Онежский горизонт ятулия, юго-западный берег оз. Сегозеро, Центральная Карелия.
Severinsaaria unica gen. et sp. nov. (см. фото выше)
Голотип. Обр. 6281, коллекция лаборатории геологии и геодинамики докембрия ИГ КарНЦ РАН, юго-западный берег оз. Сегозеро (Карелия). Онежский горизонт ятулия.
Происхождение названия вида от лат. unique — уникальный.
Описание. Крупные единичные столбики изогнутой конусообразной формы, высотой около 7 см, шириной 2 см. Ось столбика имеет изгибы. Арки довольно острые и облекают нижележащие прослои. Видимые темные и светлые наслоения имеют толщину от 2 до 4 мм. В образце присутствуют обломочный карбонатный материал оранжевого цвета, напоминающий тот, из которого сложены Segosia, но в данном случае постройки не сформированы.
Сравнение. В настоящее время выделен только один вид этого рода.
Материал. Образец 6281: 2 крупных обломка, 6 шлифов, 3 тонких среза (пластинки) хранятся в лаборатории геологии и геодинамики докембрия ИГ КарНЦ РАН.
Геологический возраст и распространение. Верхний подгоризонт онежского горизонта ятулия, юго-западный берег оз. Сегозеро, Центральная Карелия.
Заключение
Таким образом, описан новый род строматолитов, представленный одним видом Severinsaaria unica gen. et sp. nov. Морфология постройки контролировалась средой обитания. Находка данного строматолита дополнила закономерную картину смены морфологии строматолитовых построек: от столбчатых к пластовым вверх по разрезу. Изучение с помощью СЭМ и 3D-моделирования, а также описание в качестве нового рода позволили расширить знания о палеопротерозойских строматолитовых постройках и их разнообразии в восточной части Фенноскандинавского щита. Полученные результаты позволят дополнить существующую базу данных палеопротерозойских микробиалитов Карелии, а также будут задействованы в будущем при фациальных реконструкциях осадочных палеобассейнов на Карельском кратоне.
1. Астафьева М. М., Герасименко Л. М., Гептнер А. Р. и др. Ископаемые бактерии и другие микроорганизмы в земных породах и астроматериалах / Науч. ред. А. Ю. Розанов, Г. Т. Ушантинская. М.: ПИН РАН, 2011. 172 с.
2. Геологические памятники природы Карелии. Петрозаводск: Карелия, 2006. 192 с.
3. Дмитриева А. В., Кулешевич Л. В. Геологическое строение, позднеархейский интрузивный магматизм и металлогения Ондозерско-Сегозерской площади (Карелия) // Отечественная геология. 2018. № 1. С. 40–54.
4. Крылов И. Н., Столбчатые ветвящиеся строматолиты рифейских отложений Южного Урала и их значение для стратиграфии верхнего докембрия // Труды ГИН АН СССР. 1963. № 69. 175 с.
5. Лютиков А. В. Палеопротерозойские строматолиты восточной части Фенноскандинавского щита: микроструктура и 3D-моделирование // Вестник геонаук. 2024. № 3(351). C. 15–19. DOI:https://doi.org/10.19110/geov.2024.3.2
6. Макарихин В. В. Палеонтологические исследования палеопротерозоя Карелии // Геология Карелии от архея до наших дней: Материалы докладов Всеросс. конф. посвящ. 50-летию Института геологии Карельского научного центра РАН. Петрозаводск: Институт геологии КарНЦ РАН, 2011. C. 71–78.
7. Макарихин В. В., Кононова Г. М. Фитолиты нижнего протерозоя Карелии. Л.: Наука, 1983. 180 с.
8. Макарихин В. В. Геологические памятники природы // Геология и охрана недр Карелии. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1992. С. 60–98.
9. Макарихин В. В., Медведев П. В., Рычанчик Д. В. Роль биотического фактора в ятулийском седиментогенезе // Геодинамика, магматизм, седиментогенез и минерагения Северо-Запада России: Материалы Всеросс. конф. Петрозаводск: ИГ КарНЦ РАН, 2007. С. 241–245.
10. Проблемы стратиграфии нижнего протерозоя Карелии. Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР, 1989. 159 с.
11. Сацук Ю. И., Макарихин В. В., Медведев П. В. Геология ятулия Онего-Сегозерского водораздела. Л.: Наука, 1988. 96 с.
12. Bedoya-Rueda, C., Afonso, J., Caetano-Filho, S., Paula-Santos, G., Guacaneme, C., Fraga-Ferreira, P., Babinski, M., Amorim, K. B., Morais, L.., Brito Neves, B., Trindade, R.I.F., Stratigraphic-chemostratigraphic assessment of early dolomitization and associated phosphogenesis of the Ediacaran-Cambrian Salitre Formation, Irecê Basin, Brazil // Precambrian Research. 2024. V. 412. 107541.
13. Carlton C. Allen, Fred G. Albert, Henry S. Chafetz, Joan Combie, Catherine R. Graham, Thomas L. Kieft, Steven J. Kivett, David S. McKay, Andrew Steele, Anne E. Taunton, Michael R. Taylor, Kathie L. Thomas-Keprta, Frances Westall Microscopic Physical Biomarkers in Carbonate Hot Springs: Implications in the Search for Life on Mars // Icarus. 2000. 147. P. 49–67. DOIhttps://doi.org/10.1006/icar.2000.6435
14. Jahnert R. J., Collins L. B. Characteristics, distribution and morphogenesis of subtidal microbial systems in Shark Bay, Australia // Marine Geology 2012. 303-306. P. 115–136.
15. Logan B. W., Rezak R., Ginsburg R. N. Classification and Enviromental Significance of Algal Stromatolites // The Journal of Geology 1964. Vol.72. No.1. P. 69–83.
16. McLoughlin N., Melezhik V. A., Brasier A. T., Medvedev P. V. Palaeoproterozoic stromatolites from the Lomagundi-Jatuli interval of the Fennoscandian Shield // The Palaeoproterozoic of Fennoscandia as Context for the Fennoscandian Arctic Russia — Drilling Early Earth Project / Reading the Archive of Earth’s Oxygenation. Volume 1 / Eds V.A. Melezhik, A.R. Prave, A.E. Fallick et al. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2013. P. 1297–1405.
17. Riding R. Classification of microbial carbonates // Calcareous algae and stromatolites. / Ed. R. Riding. Berlin: Springer-Verlag, 1991. P. 21–51.
18. Riding R. Microbialites, stromatolites, and thrombolites J. Reitner, V. Thiel (Eds.), Encyclopedia of Geobiology, Encyclopedia of Earth Science Series, Springer, Heidelberg, 2011. P. 635–654.
19. Yang H., Chen Zh.-Q., Papineau D. Cyanobacterial spheroids and other biosignatures from microdigitate stromatolites of Mesoproterozoic Wumishan Formation in Jixian, North China // Precambrian Research. 2022. Vol. 368. 106496. DOI:https://doi.org/10.1016/j.precamres.2021.106496
