аспирант
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 приведены результаты изучения микроструктуры и 3D-моделирования палеопротерозойских строматолитов Segosia columnaris и Sundosia mira восточной части Фенноскандинавского щита (Карельский кратон). Использованы современные методы, включая сканирующую электронную микроскопию (СЭМ), 3D-моделирование, приведены результаты рамановской спектроскопии. СЭМ-анализ выявил присутствие остатков, возможно, цианобактерий-строматолитостроителей, участвующих в образовании этих построек, что потенциально указывает на биогенное происхождение изученных образцов. Впервые с использованием программного обеспечения для 3D-визуализации получены изображения пространственных форм исследуемых строматолитов, которые могут быть использованы для уточнения классификации строматолитов по морфологическим особенностям. 3D-моделирование строматолитовых построек позволило восстановить их первоначальную форму.
строматолиты, палеопротерозой, сканирующая электронная микроскопия, 3D-моделирование
Введение
В 1950–1960-х гг. исследователи В. С. Слодкевич, В. А. Соколов, Р. В. Бутин изучали строматолитовые постройки на территории Карельского кратона. Они собрали обширный палеонтологический материал из ятулийских пород Карелии. В. А. Соколов подчеркивал стратиграфическое значение не только водорослевых остатков, но и биогермов ятулия. В этот период также вышли работы с описаниями различных органических остатков ятулийского возраста, результатом которых стал сборник статей, в котором обобщаются проведенные исследования (Остатки…, 1966).
В 1970–1980-х гг. были обнаружены новые местонахождения строматолитовых построек, переописаны ранние находки, описаны новые виды и роды, что позволило начать работу над установлением закономерности распределения строматолитов в разрезах палеопротерозоя (Тимофеев, 1969; Вологдин, 1970; Сацук, Кононова, 1971; Макарихин, Сацук, 1973; Крылов, 1975; Макарихин, Кононова, 1983 и др.).
Микробиалиты* Карельского кратона являются одними из древнейших проявлений жизни на Земле. Из-за метаморфизма и перекристаллизации пород клеточные остатки встречаются редко. Сами строматолитовые постройки также подвержены изменениям, что усложняет их систематизацию. Строматолиты и другие микробиалиты протерозойских биогенных образований Карельского кратона обладают четкими таксономическими критериями. Строматолиты наиболее распространены и имеют первостепенное значение для корреляции, доминируя среди докембрийских фоссилий. Успех корреляции зависит от единых критериев их классификации.
В данной работе предпринята попытка нового подхода в изучении строматолитов, такого как 3D-моделирование, который, возможно, поспособствует систематизации существующих объектов. На примере строматолитов Segosia columnaris Butin и Sundosia mira (Butin) (Остатки…, 1966; Макарихин, Кононова, 1983), которые являются одними из древнейших строматолитов на территории Евразии, показан результат проделанной работы.
Существует некая путаница с родовым названием строматолитов Sundosia. Р. В. Бутин (Остатки..., 1966) не только описал род Sundia как водоросль, но и при описании типового вида Sundia mirus (водорослевые колонии) включил в него разные по морфологии строматолиты, один из которых в этом же сборнике статей А. Г. Вологдин описывает как другой морфологический тип. Позже В. В. Макарихин выделил данные строматолиты как отдельные роды: Sundosia (столбчатые активноветвящиеся постройки) и Parallelophyton (брусковые вытянутые в плане постройки). По причине переописания построек в названии вида Sundosia mira (Butin) фамилия автора первого описания приводится в скобках (Макарихин, Кононова, 1983). В данной работе в отношении изучаемого объекта используется название рода Sundosia, но некоторые авторы предпочитают использовать Sundia (Литвинова, 2018).
Традиционный метод изучения строматолитов базируется на морфологическом описании построек, стратиграфической привязке образцов, сравнении построек на региональном и межрегиональном уровнях, фотографировании, а также графической реконструкции (Крылов, 1963; Маслов, 1960; Макарихин, Кононова, 1983; Макарихин, Медведев, 2000). Современные методы расширяют и дополняют традиционный подход. Они позволяют получить данные об особенностях морфологии построек на микроструктурном уровне.
Целью исследования является изучение микроструктуры и 3D-моделирование палеопротерозойских строматолитов Segosia columnaris и Sundosia mira Карелии.
Материалы и методы исследования
Исследования проведены в центре коллективного пользования Института КарНЦ РАН Петрозаводска. Обширный палеонтологический материал был собран исследователями в 1950–1980-х годах. Материалом для настоящего исследования послужили образцы строматолитов из коллекции Р. В. Бутина и В. В. Макарихина, отобранные из отложений онежского горизонта ятулия в районе озер Сегозеро (Центрально-Карельская строматолитовая провинция) и Сундозеро (Южно-Карельская строматолитовая провинция) (рис. 1). Верхний и нижний подгоризонты разделяет толща, состоящая из основных пород. Выходы пород ятулийского надгоризонта соответствуют по возрасту концу глобального Гуронского оледенения (2.1 млрд лет). Образцы хранятся в музее геологии, а также лаборатории геологии и геодинамики докембрия ИГ КарНЦ РАН.
Для исследования на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) строматолитовых построек были подготовлены аншлифы, а также срезы строматолитовых построек в виде тонких пластинок (толщина 5–7 мм) для проведения 3D-моделирования.
Для детального исследования строматолитов на микроструктурном уровне использовался сканирующий электронный микроскоп VEGA II LSH (Tescan) с энергодисперсионным микроанализатором INCA Energy 350 (Oxford instruments). Изучалась морфология микрослоев, исследовался химический состав вмещающей породы, а также проводился поиск возможно сохранившихся остатков цианобактерий. Образцы представляли собой аншлифы с напыленными бериллием фрагментами строматолитовых построек с Segosia columnaris и Sundosia mira (рис. 2). Для реконструкции прижизненных форм и морфологических особенностей строматолитовых построек были подготовлены срезы пород в виде тонких пластинок (толщина 5–7 мм) и использована программа 3D-визуализации Blender.
Результаты и обсуждения
Исследование образцов со строматолитами Segosia columnaris (Sc) и Sundosia mira (Sm) с помощью СЭМ показало присутствие в них микроструктур, представляющих, возможно, остатки строматолитостроителей.
Обнаруженные биогенные структуры не имеют признаков, которые могли бы указать на контаминантный характер этих форм (сдвиг, прожигание при анализе и пр.). Ранее в изучаемых строматолитах подобные образования отмечались Т. В. Литвиновой (Литвинова, 2014).
Рассматриваемые здесь строматолиты Segosia и Sundosia исследовались при помощи рамановской спектроскопии (Джамансартова, 2022). В результате этого исследования было выявлено углеродистое вещество (УВ), а также установлено, что темные сгустки в рассматриваемых строматолитах представляют собой матрицу из доломита и УВ, что свидетельствует о биогенной природе фоссилизированных остатков микроорганизмов, существовавших внутри строматолитовой постройки (Medvedev et al., 2016; Джамансартова, 2022).
Воссоздание формы столбиков строматолитов и их взаимного расположения в породе проводилось на основе метода «графического препарирования» (Крылов, 1963, Макарихин, Медведев, 2000) и метода 3D-моделирования. Образец разрезался алмазным диском на параллельные пластины толщиной 5–7 мм. Толщина пластин зависит от диаметра строматолитового столбика, сложности постройки, а также хрупкости породы. 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. При 3D-моделировании строматолитовых построек ввиду отсутствия некоторых деталей было распилено и отснято несколько образцов каждого вида строматолитов. В результате получилась обобщенная объемная модель, которая дает возможность выявить сходство и различие строматолитовых построек с гораздо большей точностью, чем при сравнении отдельных пришлифовок (рис. 4).
Проведенное трехмерное моделирование позволяет получить изображения пространственных форм исследуемых строматолитов и различать мельчайшие детали и особенности строения строматолитовых построек, которые вносят соответствующие дополнения при описании видов.
Полученные результаты могут быть использованы для уточнения существующей, но пока не утвержденной классификации строматолитов по морфологическим особенностям. Компьютерное моделирование позволяет проще и нагляднее воспринимать различия в морфологии строматолитов, передать более тонкие детали строения, которые не удается обнаружить визуально при изучении строматолитов, и может способствовать более точному их определению и расширению возможности систематизации.
Заключение
В представленном исследовании были изучены два морфотипа палеопротерозойских строматолитов из ятулийских отложений в восточной части Фенноскандинавского щита — Segosia columnaris и Sundosia mira. С помощью СЭМ была изучена микроструктура рассматриваемых строматолитов, а также обнаружены включения, возможно, органического вещества. С помощью метода 3D-моделирования впервые были созданы пространственные прижизненные формы рассматриваемых строматолитовых построек. Полученные результаты послужат уточнению классификации и пониманию морфологии палеопротерозойских строматолитов и природы их образования.
1. Вологдин А. Г. Остатки организмов из шунгитов докембрия Карелии // ДАН СССР. 1970. T.193. № 5. С. 1163–1166.
2. Джамансартова О. М. Углеродистое вещество палеопротерозойских мини-строматолитов Карелии // Литология и полезные ископаемые. 2022. Т. 57. № 3. С. 304–312. DOIhttps://doi.org/10.31857/S0024497X2203003X
3. 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.
4. Крылов И. Н. Строматолиты рифея и фанерозоя СССР // Труды ГИН АН СССР. 1975. № 274. 243 с.
5. Литвинова Т. В. Взаимодействие биотических и абиотических событий в процессе формирования строматолитовых рифов // Развитие жизни в процессе абиотических изменений на земле: Материалы III Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2014. Т. 3. С. 154–160.
6. Литвинова Т. В. К вопросу о роли микроорганизмов в формировании структурно-текстурных особенностей строматолитов // Lethaea rossica. 2018. Т. 16. C. 1–11.
7. Макарихин В. В., Кононова Г. М. Фитолиты нижнего протерозоя Карелии. Л.: Наука, 1983. 180 с.
8. Макарихин В. В., Медведев П. В. Строматолиты. Методы исследования // Научные on-line-проекты Института геологии КарНЦ РАН, 2000. URL: http://old.igkrc.ru/rus/htm_files/projects/str/str.htm (дата обращения: 26.05.2023).
9. Макарихин В. В., Сацук Ю. И. Органические образования среднепротерозойских пород Карелии как палеогеографический критерий // Литология и осадочная геология докембрия: Тезисы докладов Х Всесоюзного литологического совещания. М.: 1973. C. 296–298.
10. Маслов В. П. Строматолиты (их генезис, метод изучения, связь с фациями и геологическое значение на примере ордовика Сибирской платформы) // Труды ГИН АН СССР. 1960. № 41. 233 с.
11. Сацук Ю. И., Кононова Г. М. Верхний водорослевый горизонт ятулия Онежской мульды // Тез. докл. геолог. межобл. конф. по проблеме «Геология и полезные ископаемые Карелии». Петрозаводск, 1971. C. 32–37.
12. Тимофеев Б. В. Сфероморфиды протерозоя. Л.: Наука, 1969. 146 с.
13. Остатки организмов и проблематика протерозойских образований Карелии. Петрозаводск: Карельское книж. изд-во, 1966. 114 с.
14. Medvedev P. V., Chazhengina S. Yu., Svetov S. A. Application of Raman Spectroscopy and High-Precision Geochemistry for Study of Stromatolites. Switzerland: Springer, 2016, pp. 329–341.
