№ 2 (12) / 2023
Победитель XI конкурса исследовательских и творческих проектов «Богатство недр моей страны»
Константин Башилов,
ученик 8 класса ГБОУ лицей № 533 Красногвардейского района Санкт-Петербурга
Научные руководители:
Хайтов Вадим Михайлович,
к.б.н., доцент
Никитин Михаил Юрьевич,
к.геогр.н., доцент
Обычно процесс фоссилизации рассматривается как совокупность процессов преобразования погибших организмов в ископаемые. Чаще всего процесс фоссилизации происходит путем ограничения кислородной, бактериальной среды (захоронение остатков организмов в иле на дне водоёма или в болоте). В процессе геологических преобразований захороненные таким образом организмы могут заместиться окружающим минеральным веществом.
Процесс травертинообразования считается самостоятельным и обычно не рассматривается как именно процесс фоссилизации организмов. Хотя напрямую является таковым, поскольку травертин состоит из остатков флоры и фауны, находящейся вблизи источников с повышенным содержанием гидрокарбоната кальция.
В данной работе мы рассмотрим процессы травертиногенеза, происходившие на Ижорском плато 9–6,8 тыс. лет назад в голоцене четвертичного периода. Для этого мы посетили местонахождения в поселке Пудость, деревне Покизен-Пурская и деревне Антелево. Все указанные населенные пункты находятся на реке Ижора в Гатчинском районе Ленинградской области (ЛО). В указанных выше местонахождениях собраны остатки флоры и фауны: остатки гастропод, наземной растительности (мхи), харовых водорослей. Сбор проходил вдоль русла реки Ижора в указанных населённых пунктах и в карьере, где ранее добывали травертин.
Сравним процессы, происходивщие в голоцене, с нынешними процессами образования травертина на Симоновском ручье, район близ пос. Большое Забородье Ломоносовского района Ленинградской области. Для этого мы взяли пробы воды и современные образования из ручья.
Цель: Рассмотрение процесса травертиногенеза как процесса фоссилизации организмов, прослеживание аналогии в современных условиях формирования травертина и травертиногенеза, происходившего в голоцене.
Методы и инструменты: сбор образцов в местонахождениях травертина возрастом 9–6,8 тыс. лет. Сбор образцов флоры и фауны в современных родниках, ручьях и реках, где в нынешнее время происходит процесс тревертиногенеза. Сбор образцов воды из мест современного травертиногенеза, определение карбоната кальция в составе воды. Сравнение образцов голоценовой флоры и фауны с современными образцами флоры и фауны из источников с повышенным содержанием карбоната кальция.
Работа содержит описание местонахождений, фотографии образцов, описание образцов, выводы по работе.
Геологическое прошлое и животный мир голоцена Балтики
Геологическое прошлое Балтики в голоцене. Из рис. 1 видно место, где располагались Санкт-Петербург и Ленинградская область в голоцене (11 700–4 200 лет назад). Во многом геологическая история Ленинградской области сформирована ледником.
Балтийское море – одно из самых молодых морей мира. Начало формироваться в конце последнего оледенения, когда постепенно таял ледник, покрывавший Европу. Начался этот процесс 18–20 тыс. лет назад. При таянии льда вода заполняла углубления в Балтийском море – так сформировалось холодное ледниковое Балтийское озеро, которое в разные периоды соединялось с Атлантическим океаном. Это озеро существовало 13–10 тыс. лет назад. Несколько позже ледник оставил Среднешведскую низменность. Образовавшаяся протока соединила озеро с Атлантическим океаном.
С новым приходом ледника уровень ледникового озера стал подниматься, а с его уходом он понизился на 40–50 метров. Открылись большие площади суши. Так сформировалось Иольдиевое море, получившее свое название от обилия обитавших в нем моллюсков (от лат. Yoldia arctica). Берега этого моря лежали на несколько десятков километров западнее современного Петербурга.
![Рис. 1. Геологическое прошлое ЛО в голоцене [hohloff-spb.narod.ru/cayt/golocen.html]](/images/2023/2122023/Proekti/Pobediteli/Bashilov/1.jpg)
Рис. 1. Геологическое прошлое ЛО в голоцене [hohloff-spb.narod.ru/cayt/golocen.html]
Поднятие материковой плиты, происходившее в южной части бассейна Балтийского моря, лишило Иольдиевое море связи с Атлантическим океаном. Реки резко уменьшили солёность этого водного бассейна и подняли его уровень. Так 9 000 лет назад сформировалось Анциловое озеро (название произошло от моллюсков Ancylus fluviatilis). Его отложения сохранились на глубине 16–18 метров. На этой стадии формирования Балтийского моря климат был тёплым и сухим. Восточный берег Анцилового озера проходил в районе острова Котлин. Невы тогда ещё не было. На её месте текли две реки (нынешние Мга и Тосна), между которыми на месте Ивановских порогов находился водораздел. Мга, поворачивая от него, уходила на северо-восток и впадала в Ладожское озеро, а Тосна от водораздела направлялась на северо-запад и вливалась в Анциловое озеро за островом Котлин. Ладожское озеро в ту пору имело выход в Анциловое озеро на севере Карельского перешейка. 7,5 тыс. лет назад в Анциловое озеро прорвались соленые воды Атлантического океана, и сформировалось Литориновое море (название произошло от названия моллюсков Littorina littoraea). На этой стадии формирования уровень моря сильно колебался. Оно вдавалось в сушу узким проливом. Но с поднятием земной коры Литориновое море стало отступать и сокращаться в размерах. Это привело, около 4 000 лет назад, к образованию Древне-Балтийского моря. Балтийское море постепенно приобретало современный вид: уменьшилась его соленость, начинают преобладать современные животные и растения [7] (рис. 2).
Рис. 2. Водоемы Палео-Балтики. http://www.myshared.ru/slide/534156/
Геологическое строение Ленинградской области
Территория Ленинградской области находится в зоне контакта двух крупных структур Восточно-Европейской платформы – Балтийского кристаллического щита и Балтийской моноклизы (рис. 3), входящей в состав осадочного чехла Русской плиты.
Рис. 3. Породы осадочного чехла (1, 2, 3), породы складчатого фундамента (4)
На Балтийском щите выходят на поверхность разнообразные магматические и метаморфические горные породы, образующие кристаллический фундамент платформы. На геологической карте Ленинградской области (рис. 4) можно увидеть породы архея и протерозоя (розовые и красные), осадочный чехол начиная с раннего палеозоя (синий, зеленый), девона (желтый, коричневый) и карбона (каменноугольный, серый). Эти отложения формировались в течение многих миллионов лет, в обширных мелководных эпиконтинентальных морях, покрывавших значительные области Восточно-Европейской платформы. Развитие упомянутых морей началось около 600 млн лет назад, во второй половине вендского периода. Морские трансгрессии* неоднократно сменялись регрессиями**, в ходе которых рассматриваемая территория на большее или меньшее время превращалась в сушу. Свой нынешний вид территория области приобрела только 11,5–10 тыс. лет назад, после отступления материковых льдов Великого четвертичного оледенения [9].
Рис. 4. Геологическая структура Ленинградской области (hge.spbu.ru)
Вся перечисленная древняя осадочная толща палеозоя лежит на кристаллическом фундаменте почти горизонтально. Выше залегают четвертичные отложения, начавшие формироваться около 0,5–1,5 млн лет назад и продол жающие накапливаться в наше время. Они состоят из ледниковых, водно-ледниковых, озерных, речных, морских и болотных образований. Мощность их в пределах долины реки Невы достигает 50 и более метров, на некоторых участках восточной области превышает 100 метров.
Большинство ученых считает, что современный рельеф сформировался главным образом в результате деятельности ледника в четвертичный период. В то время территория нашей области неоднократно покрывалась материковыми льдами. В последнюю межледниковую эпоху (около 85–75 тыс. лет назад) северная часть области была затоплена водами моря. В результате переноса и отложения осадков ледниками и талыми ледниковыми водами возникли своеобразные формы современного рельефа в виде беспорядочного скопления холмов, часто чередующихся с понижениями, нередко занятыми озерами и болотами, – так называемый холмисто-моренный рельеф, если холмы сложены суглинками с щебнем и валунами, и камовый рельеф, если холмы сложены песками.
В конце последнего оледенения, примерно 12 тыс. лет тому назад, во время таяния ледника воды скапливались и в предглинтовой низменности. В это время образовался большой водоем, соединявший воды Финского залива с Ладожским озером, центральная часть Карельского перешейка была тогда островом. Окончательно контуры современного рельефа образовались сравнительно недавно, всего 4,5–5 тыс. лет тому назад [5].
Территория, занимаемая Ижорским плато, находится на северо-западе Восточно-Европейской (Русской) платформы и располагается в северной части Балтийской моноклизы, в зоне контакта между основными структурными элементами платформы: Балтийским кристаллическим щитом и Русской плитой. В строении рассматриваемой территории традиционно выделяются два структурных этажа: нижний – кристаллический фундамент и верхний – осадочный чехол. Кристаллический фундамент Русской платформы представлен метаморфизованными породами архея – раннего протерозоя, прорванными интрузиями различного состава. Осадочный чехол сложен субгоризонтально залегающими, преимущественно метаосадочными породами рифея и осадочными породами венд-фанерозойского возраста [1].
Фоссилизация и травертиногенез
Фоссилии (лат. Fossilis – ископаемый, окаменелость) – ископаемые остатки организмов или следы их жизнедеятельности, относящиеся к прежним геологическим эпохам.
Фоссилии предоставляют важную информацию об организмах эпохи своего образования. Их можно обнаружить при раскопках, или они обнажаются в результате природных процессов (эрозии, выветривания). Существуют методы анализа, позволяющие приблизительно определить время их образования или консервации.
Рассматриваемый тип фоссилий Эуфоссилии, или эвфоссилии (др.-греч. εὖ — хорошо), представлен целыми скелетами или их фрагментами, а также отпечатками и ядрами. Скелетные остатки имеют минеральный или органический состав. К ним относятся раковины и скелеты животных, оболочки бактерий и грибов, а также органические остатки листьев, семян, плодов, спор и пыльцы. Скелеты являются основными объектами палеонтологических исследований. Иногда используется термин «органикостенные микрофоссилии», к которым относятся оболочки бактерий и грибов, нитчатых цианобактерий, а также споры и пыльца. Размеры таких фоссилий менее 100 мкм. Многие эуфоссилии сохраняют информацию не только о мягких частях организма и его функциональных системах, таких как кровеносная, половая, проводящие пучки растений и др., но и об образе жизни и биогеохимических процессах.
Травертин (от фр. travertine, итал. travertino, лат. lapis tiburtinus – тибурский камень) – известковый туф, поликристаллическая хрупкая тонкозернистая гомогенная горная порода, образованная минералами карбоната кальция (в основном арагонит с меньшей долей кальцита), известковые отложения углекислых источников (википедия).
Образуется в результате осаждения карбоната кальция из воды углекислых источников. Травертин образуется в результате удаления из растворов, содержащих растворимый в воде гидрокарбонат кальция, диоксида углерода, обычно происходящего с падением давления, связанного с выходом подземных вод на поверхность, ассимиляцией растениями или диффузией в атмосферу из-за интенсивного движения воды. В результате происходит химическая реакция, в которой выделяется нерастворимый в воде карбонат кальция:
Ca(HCO3)2 → CaCO3+H2O+CO2.
Местонахождения
Образцы флоры и фауны голоцена были собраны в водном бассейне реки Ижоры в следующих местах: деревня Покизен-Пурская, посёлок Пудость, деревня Антелево (Гатчинский район Ленинградской области) (рис. 5).
Рис. 5. Карта мест сбора образцов голоценовой флоры и фауны
Описание местонахождения у посёлка Пудость
Посёлок Пудость находится на юго-западе Ленинградской области в Гатчинском районе, примерно в 30 км от Санкт-Петербурга. Через посёлок протекает река Ижора.
Район поиска представлен берегом реки Ижора (рис. 6).
Рис. 6. Берег реки Ижора (фото автора)
Рядом с руслом реки Ижора расположен небольшой карьер, в котором брали образцы породы для проведения дальнейших исследований [1] (рис. 7).
Рис. 7. Карьер с травертином (фото автора)
Карьер – бывшее дно пресноводного озера, где нижняя граница породы датируется возрастом 9 тыс., верхняя – 6,8 тыс. лет. По сформированному туфу видно, что шло активное травертинообразование. Сформировавшийся травертин (известняковый туф) содержит гастроподы различной степени сохранности (в основном очень хорошей) (рис. 8, 9), остатки растений и, возможно, других организмов, из которых и состоит травертин. Травертины в окрестностях пос. Пудость Гатчинского района известны довольно давно, так как люди выжигали известь здесь ещё в средневековье. Наиболее плотные разновидности местных травертинов широко использовались в архитектуре (Казанский собор в Санкт-Петербурге, Гатчинский дворец и т. д.). Особенность Пудостского разреза состоит в том, что он аномально велик по своей мощности по сравнению с аналогичными залежами травертинов Ижорского плато. Максимальная мощность, измеренная ещё в XIX веке, достигает местами более 21 фута (6,4 метра) (Войслав, 1896) [1].
Рис. 8. Гастроподы в травертине (фото автора)
Рис. 9. Гастроподы в травертине (фото автора)
В карьере представлены остатки гастропод различной сохранности (рис. 10).
Рис. 10. Гастроподы вымершие и современная в карьере у р. Ижора. (фото автора)
Найденные образцы из посёлка Пудость
Общие фотографии найденных образцов (рис. 11).
Рис. 11. Собранные образцы (фото автора)
Представлены образцы с остатками организмов (гастропод) различной степени сохранности. Травертины образованы выпадением осадка на флору и фауну водоема.
Описание местонахождения у деревни Покизен-Пурская
Деревня Покизен-Пурская находится рядом с поселком Пудость выше по течению реки Ижора (рис. 12).
Рис. 12. Река Ижора (фото автора)
Найденные образцы у деревни Покизен-Пурская
Общие фотографии найденных образцов (рис. 13).
Рис. 13. Образцы, собранные у родника (фото автора)
Различие образцов в основном во вмещающей породе. В Пудости образцы находятся в более твёрдой породе относительно образцов, найденных в Покизен-Пурской.
Описание местонахождения у деревни Антелево
Деревня Антелево находится в Гатчинском районе Ленинградской области на реке Ижора (рис. 14).
Рис. 14. Деревня Антелево (спутниковая карта)
На рис. 15 представлены образцы мха и харовых водорослей возрастом 9–6,8 тыс. лет, собранные вдоль берега реки Ижора в деревне Антелево.
Рис. 15. Образец мха и харовых водорослей, р. Ижора (фото автора)
Важной тафономической особенностью этого разреза является обилие раковин пресноводных моллюсков, преимущественно пионерных видов: Lymnaea (Lymnaea) stagnalis stagnalis (Linnaeus, 1758); Lymnaea (Stagnicola) atra (Schranck, 1803); Lymnaea (Peregriana) peregra (Muller, 1774); Lymnaea (Peregriana) balthica (Linnaeus, 1758); Lymnaea (Omphiscola) clavata (Westerlund, 1885), Segmentina nitida (O. F. Muller, 1774); Planorbis planorbis (Linnaeus, 1758); Anisus vortex (Linnaeus, 1758); Anisus contortus (Linnaeus, 1758); Anisus spirorbis (Linnaeus, 1758); Anisus acronicus (Ferussac, 1807). В верхней части разреза встречаются также Bithynia tentaculata (Linnaeus, 1758), немногочисленные остатки створок Pisiidae. Помимо малакофауны, по всему разрезу встречаются мелкие раковины остракод. Отдельные прослои насыщены замещёнными кальцитом обрывками слоевищ харовых водорослей и листьев гигрофитов, в частности, осок. Такой биотический состав прямо указывает на мелководное, возможно, частично пересыхавшее, зараставшее озеро, на мелководье переходившее в заболоченные луга.
Описание местонахождения Симоновский ручей
В пределах Ленинградской области в русле Симоновского ручья, который впадает в реку Шингарка (рис. 16, 17), можно наблюдать процесс современного образования травертинов [1].
Рис. 16. Карта местности. Симоновский ручей
Рис. 17. Водопад на Симоновском ручье (фото автора)
Из данного ручья получены образцы современных травертинов. Там процесс травертинообразования не прекращается последние 9 тыс. лет. В устье ручья ранее добывали травертин, и от добычи остался затопленный карьер (рис. 18).
Рис. 18. Карьер в Симоновском ручье (фото автора
Образцы, найденные в Симоновском ручье, представлены на рис. 19. Как видно на рисунке, часть мха, которая находится выше поверхности воды, зеленая и живая, часть в воде полностью покрылась карбонатом кальция. В данный момент она хрупкая и легко разрушается.
Рис. 19. Образцы мха в Симоновском ручье (фото автора)
Антропогенные предметы, попавшие в ручей, покрываются травертиновой коркой (рис. 20).
Рис. 20. Образец антропогенного предмета, попавшего в Симоновский ручей (фото автора)
Изучив образцы, сформированные в Симоновском ручье, можно с уверенностью сказать, что там происходит активный процесс травертинообразования.
Выводы
В ходе работы:
• автор ознакомился с формированием территории вокруг Балтийского моря в палеоцене;
• рассмотрена литература по геологической структуре Ленинградской области;
• осуществлены выезды на геологическое обнажения травертина в Ленинградской области;
• собраны образцы голоценовой и современной фауны и флоры;
• образцы сфотографированы;
• произведено сравнение с современными процессами травертиногенеза.
В результате проделанной работы мы выявили, что процессы травертиногенеза идут на Ижорском плато по сегодняшний день. Сам травертин (известковый туф) включает остатки флоры и фауны. Некоторые организмы, содержащие плотный панцирь, как у гастропод, позволяют фоссилизировать их в по сути неизменном виде.
Работа имеет возможность развития и продолжения, как дальнейшего исследования существующих источников, так и изучения голоценовой фауны. В известковом туфе можно найти остатки насекомых, имеющих жесткие надкрылья, подробно изучить моллюсков и сравнить их с современной фауной. Так же можно поступить с флорой, например, изучить харовые водоросли. Работа имеет потенциал для дальнейшего развития.
Благодарности
Выражаю глубокую благодарность научному руководителю Вадиму Михайловичу Хайтову (к.б.н., доцент, СПбГУ) и Михаилу Юрьевичу Никитину за предоставленные материалы, помощь в геологических выездах и сборе образцов, обширную теоретическую базу, которая помогла в усвоении материала для написания работы, поддержку, ценные советы и критические замечания.
В работе использованы фотографии М.П. Батаковской и иллюстрации, которые получены из общих источников.
Работа была представлена на конкурсе исследовательских и творческих проектов «Богатство недр моей страны 2023», учредителем конкурса является Межвузовский академический центр навигации по специальностям горно-геологического профиля Федерального государственного бюджетного учреждения науки Государственного геологического музея им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГГМ РАН), по результатам представления и стендового доклада был вручен диплом за I место (рис. 21).
Рис. 21. Защита исследовательского проекта в финале конкурса «Богатство недр моей страны 2023»
*Трансгрессия – процесс наступания моря на сушу, происходящий либо в результате опускания земной коры под влиянием нисходящих тектонических движений, либо вследствие поднятия уровня Мирового океана, в частности, в межледниковые эпохи вследствие таяния ледников или росте срединно-океанических хребтов.
** Регрессия – медленное отступание моря от берегов, происходящее вследствие поднятия суши, опускания океанического дна или уменьшения объёма воды в океаническом бассейне (например, во время ледниковых эпох).
Фотографии некоторых образцов под микроскопом
Раковина гастроподы, образец п. Пудость
Харовые водоросли и мох, образцы из Симоновского ручья
Список использованных источников
1. Диссертация на соискание ученой степени «Травертиногенез Ижорского плато в голоцене», Никитин М.Ю. Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена, Санкт-Петербург, 2015 год. URL: https://disser.spbu.ru/files/disser2/disser/Nikitin_disser_2015.pdf?ysclid= lffheq1vvm416994506 (дата обращения: 12.01.2023).
2. Википедия [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 20.06.2022).
3. Н.А. Ясаманов. Популярная палеогеография. М.: Недра. – 1985. С сильными сокращениями Paleontologylib.ru, Untitled Document (amgpgu.ru).
4. Статья «Геологическое прошлое Ленинградской области». Жуков http://zhukoff.kirishi.ru/book/history/history.htm.
5. Статья «Геологическое прошлое Санкт-Петербурга», Кошель П., https://proza.ru/2011/04/06/37 (дата обращения: 20.09.2022).
6. Статья «Соленость Балтийского моря», https://3a-tour.ru/morya/soljonost-baltijskogo-morya.html (дата обращения: 20.12.2022).
7. Зенкевич Л.А. Биология морей СССР. Акад. наук СССР. Ин-т океанологии. – М. : Изд-во Акад. наук СССР, 1963 (дата обращения: 20.03.2022).
8. Палеонтологический портал https://paleobiodb.org/navigator/ [Электронный ресурс]. URL: https://paleobiodb.org/navigator/ (дата обращения: 24.06.2020).
9. «Геология окрестностей Санкт-Петербурга», Палеонтолого-стратиграфический музей, кафедры динамической и исторической геологии. Санкт-Петербургского государственного университета. [Электронный ресурс]. URL http://paleostratmuseum.ru/stud_coll_balt_geol_edu_1.html (дата обращения: 07.02.2022).
10. Р. Микулаш, А. Дронов. Палеоихнология – введение в изучение ископаемых следов жизнедеятельности. Геологический институт Академии наук Чешской Республики, Прага, 2006.
