Останні новини

Ю.А. Борисенко Речовий склад CКЕЛЕТОВ СУЧАСНИХ І КОПАЛИН криноидей, морських зірок, офиур і голотурій

 

Министерство образования и науки, молодежи и спорта

Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина

Геолого-географический факультет. Кафедра геологии

 

 

 

УДК 563.9:550.47                                                   ГАСНТИ 38.33.28

 

 

 

 

 

 

Ю.А. Борисенко

 

ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ CКЕЛЕТОВ СОВРЕМЕННЫХ И ИСКОПАЕМЫХ криноидей, морских звезд, офиур и голотурий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xарьков-2014

 

 

 

Реферат

Борисенко Ю.А. Вещественный состав скелетов современных и ископаемых криноидей, морских звезд, офиур и голотурий. 2014. C. 61, библиогр. – 87 назв.

E-mail:yuborysenko@gmail.com.

 

Критически проанализированы все известные в литературе данные о вещественном составе скелетов современных и ископаемых криноидей, морских звезд, офиур и голотурий. Подчеркнута особенность минерального и химического состава скелетов на уровне отрядов, а в некоторых случаях и семейств. Установлено, что значительная пористость скелетов приводит к неоднозначной интерпретации результатов исследования их вещественного состава. В связи с этим тип биоминерализации и количественные соотношения минеральных и органических веществ в скелетах упомянутых иглокожих могут использоваться в качестве таксономических признаков лишь условно. Малоперспективным оказалось также использование результатов химического анализа и отношений стабильных изотопов в скелетном материале для палеогеографических реконструкций.

Ключевые слова: скелеты криноидей, морских звезд, офиур, голотурий, минеральный состав, микроэлементный состав, распределение стабильных изотопов, органическая матрица, палеогеографические условия, диагенетические изменения, породообразующее значение.

Ключові слова: скелети криноідей, морських зірок, офіур, голотурій, мінеральний склад, мікроелементний склад, поширення стабільних ізотопів, органічна матриця, палеогеографічні умови, діагенетичні зміни, породотворне значення.

Key words: echinoderm skeletons, mineral composition, microchemical composition, distribution of stable isotopes, organic matrix, paleogeographical conditions, diagenetic change, rock-making significance.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение - 4

1. История изучения вещественного состава скелетов иглокожих - 7

2. Минеральный состав скелетов иглокожих - 9

3. Элементный химический состав скелетов современных криноидей (морских лилий) - 13

4. Элементный химический состав скелетов ископаемых криноидей - 20

5. Вещественный состав скелетов современных морских звезд - 26

6. Вещественный состав скелетов современных офиур (змеехвосток) - 38

7. Вещественный состав скелетов современных голотурий (морских кубышек) - 47

8. Породообразующая роль иглокожих - 53

Заключение - 54

Список литературы - 56

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Иглокожие являются наиболее высокоорганизованным типом беспозвоночных, которые всегда жили и ныне живут в нормально-соленой морской воде на разных глубинах и широтах. Форма и размер их тела исключительно разнообразны, для многих характерна пятилучевая симметрия, хотя часто встречаются и отличия, так как во внутреннем строении тела продолжают проявляться элементы симметрии предков. Среди современных иглокожих только стебельчатые морские лилии крепятся на дне неподвижно, все остальные, в том числе и морские ежи, могут ползать по субстрату, зарываться в грунт или свободно передвигаться.

Иглокожие достигли огромной численности в палеозое, отдельные классы широко распространены и ныне. Редкие находки раннепалеозойских иглокожих позволяют предполагать, что у них был слаборазвитый тонкий и хрупкий скелет, состоящий из многочисленных спикул. В дальнейшем морские ежи и криноидеи выработали довольно мощные и сложные скелеты, выполняющие защитную и опорную функции. Для построения своего скелета они использовали растворенный в воде углекислый кальций. В отличие от многих других беспозвоночных, иглокожие имеют внутренний скелет, состоящий из известковых табличек, спикул, разрозненных телец или микроскопических гранул, которые вырабатываются клетками среднего кожистого слоя. Гранулы зарождаются в органической основе, количество которой может достигать 60%.

У морских ежей панцирь образуется крупными неподвижно сцепленными пластинками, на поверхности которых находятся бугорки для крепления игл. У некоторых иглокожих, в частности, у современных голотурий, морских звезд и представителей нескольких ископаемых таксонов образование объемного сплошного скелета оказалось незавершенным: разнообразные по форме микроскопические известковые пластинки и палочки остаются разобщенными в кожистом слое, хотя могут достаточно плотно прилегать друг к другу. Строение скелетных элементов часто имеет таксономическое значение и используется для выделения семейств.

Описанные варианты строения скелета могут нарушаться при фоссилизации, когда органическое вещество замещается вторичным кальцитом.

Довольно часто скелетные пластинки имеют на своей поверхности разнообразные выросты, что послужило основанием для названия типа иглокожих: иглы, шипы, бугорки или видоизмененные иглы - педициллярии. Иглы используются для защиты, передвижения, рытья норок и осязания. Форма их весьма разнообразная, в одних случаях они имеют внутреннюю полость, в других – нет.

Педициллярии имеют разную морфологию, но чаще всего устроены в виде щипцов, выполняющих хватательную, защитную или очистную функцию. При помощи мышц или известковых стебельков они крепятся к бугоркам скелетных пластинок.

Кроме покровного скелета, минеральные образования есть еще и в других частях тела иглокожих. Известковые пластинки находятся в начале водно-сосудистой (амбулакральной) системы, свойственной исключительно иглокожим. После окружающего глотку кольцевого (орального) канала расположен так называемый каменистый канал, в твердых стенках которого содержатся известковые спикулы. У некоторых иглокожих бывает несколько каменистых каналов. Кроме того, известковые пластинки и спикулы могут находиться и в мягких тканях: щупальцах, околоротовой мембране, челюстях, стенках пищеварительного тракта и амбулакральных ножек, половых органах. У морских ежей выделяется известковый челюстной аппарат, именуемый аристотелевым фонарем, который располагается внутри панциря таким образом, что наружу выступают только кончики зубов. Однако у ряда иглокожих скелетных элементов нет вообще.

В отличие от других классов иглокожих, личинки морских ежей имеют развитый известковый скелет в виде удлиненных палочек.

При весьма неравномерном распределении и часто неудовлетворительной сохранности остатков иглокожих в геологическом разрезе, их вещественный состав изучен с разной степенью детальности. Результаты этого изучения оказались весьма немногочисленными, разрозненными и отрывочными. Они добывались в разное время с использованием различных плохо сопоставимых методик и разобщены в большом числе разных по объему и месту издания публикациях. Примерно на таком же уровне оказалась степень изученности скелетов современных иглокожих.

Вещественный состав современных и ископаемых морских ежей рассмотрен в отдельной работе, здесь обобщены данные по остальным наиболее распространенным иглокожим – криноидеям, морским звездам, офиурам и голотуриям.

Неоднозначность расшифровки вещественных неоднородностей в минеральном веществе скелетов иглокожих явилась основным побудительным мотивом для постановки настоящего исследования. В ходе его выполнения обобщены наряду с результатами собственных наблюдений литературные источники за последние полвека, ссылки на которые имеются в тексте. Основная цель предпринятого исследования состоит в критической оценке данных по минералогии, биогеохимии и биохимии скелетов иглокожих с целью возможно использования их для совершенствования систематики названных организмов, установления физико-химических условий их обитания, а также особенностей накопления и преобразования вмещающих пород.

Там, где это возможно, в работе использовались традиционные статистические приемы обработки геохимических данных. Сравнение средних производилось по критерию Стьюдента при 95 % уровне значимости и (n-1) степенях свободы. Если сравниваемые значения превышали указанный уровень, то они классифицировались, как существенно отличные. Коэффициенты корреляции (r) считались значимыми, если они превышали ±0,7, и малозначимыми при ±0,7-0,5.

В тексте использованы следующие обозначения: цифры в скобках (n) – количество независимых определений; x±a – среднее значение и доверительный интервал содержания в г/т = мкг (микрограмм) = 10-6 ppm (в зарубежных работах).

Изотопный состав выражается с помощью величин δ18О и δ13С, характеризующих разность соответственно изотопно-кислородных и изотопно-углеродных отношений в образце и в стандарте РDB в промилле  (%-1 или ). Положительные значения указанных величин соответствуют обогащению исследуемого образца тяжелыми изотопами 18О и 13С относительно стандарта, тогда как отрицательные значения – обеднению образца этими изотопами по сравнению со стандартом.

В противоположность Са, Р и С, то есть главным породообразующим элементам изученных биогенных минералов, под микропримесями понимаются микроэлементы, которые могут находиться в материале скелетов в переменных количествах от нескольких первых процентов до величин, превышающих нижний предел обнаружения для данного вида анализа. С генетической точки зрения микропримеси представляют собой гетерогенный материал, в котором невозможно выделить отдельные части. В нем преобладает изоморфная примесь, в значительно меньших количествах содержится адсорбированная примесь и в разных количествах механическая примесь. Последняя часто определяется как терригенно- или песчано-глинистая примесь. Под ней понимаются содержащиеся практически во всех пробах микроэлементы, которые в основном не являются изоморфными по отношению к главным элементам биоминералов скелета, а связаны с аутигенной минерализацией или с посторонним тонкодисперсным обломочным или глинистым материалом.

Различными видами биогеохимического исследования охвачено сравнительно небольшое количество родов (видов) по отношению к известному на сегодняшний день общему числу родов в каждом крупном таксоне. В списках изученных иглокожих неуверенная таксономическая привязка сопровождается вопросительным знаком. Специально отмечены (*) лучше изученные таксоны, для которых имеются какие-либо минералогические или биогеохимические данные. Чтобы облегчить получение информации, списки иглокожих на родовом уровне составлены в алфавитном порядке в пределах отрядов, принятых в «Основах палеонтологии. Иглокожие» [1964] для криноидей и в работе Вебера [Weber 1968] – для остальных классов. С этой же целью при перечислении в тексте и в таблицах химические элементы расположены согласно периодической системе.

 

 

1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА СКЕЛЕТОВ ИГЛОКОЖИХ

В начале ХХ столетия практически в первых солидных работах по изучению вещественного состава скелетов современных иглокожих сообщается [Butschli 1906; Самойлов, Терентьева 1925; Виноградов 1937], что в числе первооткрывателей минерального и химического состава скелетов иглокожих значатся имена ряда исследователей, для которых часто не приводятся ссылки на конкретные данные, скорее всего, ввиду библиографической редкости вмещающих публикаций. Химические анализы того времени были далеко неоднородными по своим аналитическим приемам, точности, детальности, чистоте самого материала, поэтому можно считать, что первые уверенные определения кальцитовой минерализации и химического состава скелетов иглокожих появились только в первой половине ХХ столетия [Kelly 1901; Meigen 1903 и др.]. По содержанию примеси магния в кальците Бютчли [Butschli 1906] разделил скелеты современных морских беспозвоночных на низко- и высокомагнезиальные, причем скелеты иглокожих, в том числе и криноидей, по этому признаку попали во вторую группу.

Внимание к магнию значительно повысилось после установления прямой зависимости его концентрации в скелетах от температуры окружающей морской воды [Clark 1911; Clarke, Kamm 1917; Clarke, Wheeler1914, 1922]. Эти обобщения, по-видимому, повлияли на появление нескольких оригинальных работ отечественных авторов, в которых сообщались данные по химическому составу современных иглокожих [Самойлов, Терентьева 1925; Терентьева 1932]. Впоследствии эти данные, вместе с данными предшественников были обобщены в известной работе Виноградовa [1937] по химизму современных морских беспозвоночных. К сожалению, после этих работ интерес отечественных исследователей к указанной проблеме угас почти на полстолетия.

Проблеме распределения микроэлементов (в особенности магния) в скелетах современных криноидей, в меньшей степени морских звезд, офиур и голотурий посвящен ряд работ, появившихся в начале второй половины ХХ века [Chave1952, 1954; Jefferyetal. 1955; Thompson, Chow 1955; Odum 1957; Dodd 1969; DeBethune, Martin 1969 и др.]. Особо следует выделить работу Голдшмида с соавторами [Goldschmidtetal. 1955]. Спектральным и рентгеновским методами они определили содержание магния в магнезиальных кальцитах разного происхождения, в том числе в скелетах современных иглокожих. Изучение показало, что существует линейная зависимость между параметрами решетки магнезиальных кальцитов и содержанием в них магния. Приведены диаграммы, связывающие содержание магния с изменением величины межплоскостных расстояний образцов по сравнению с соответствующими межплоскостными расстояниями чистого кальцита. Присутствие в некоторых образцах незначительной примеси карбонатов Fe, Mn, Sr изменяло положение нескольких точек на кривых, но не направление самих кривых.

Работы по данной проблеме периодически появлялись и в дальнейшем. Особо следует отметить фундаментальные исследования Вебера[Weber 1969, 1973].

Вторая половина ХХ века ознаменовалась появлением многочисленных работ по разностороннему изучению скелетов иглокожих, критический анализ которых приведен в последующих главах. Наибольшее количество работ, естественно, было посвящено биогеохимии скелетов. Результаты этих исследований в основном пытались использовать для определения условий проживания животных, с тем чтобы в дальнейшем распространить их на ископаемый материал или для экологического мониторинга окружающей среды [Uedaetal. 1973; Milliman 1974; Gunatilaka 1975; Lowenstam, Rossman 1975; Краснов и др. 1976; Ohde, Kitano 1980; Blake, Peacor 1981; Carpenter, Lohmann 1992; Rouxetal. 1995; Richter, Bruckschen 1998 и др.].

Распределению стабильных изотопов в скелетах современных и ископаемых иглокожих посвящено несколько работ во второй половине ХХ- начале ХХІ столетий, из них особо выделяется фундаментальное исследование Вебера [Weber 1968; Dickson. Coleman 1980; Oji 1989; Bill et al. 1995; Baumiller 2001; Gorzelak et al. 2012 идр.].

Особенности структурной организации скелетов иглокожихв связи с биоминерализацией оказались весьма трудными для интерпретации, но всегда вызывали повышенный интерес у исследователей разных специальностей и остаются актуальными до настоящего времени [Blakeetal. 1984; Bodenbender, Ausich 2000; Gorzelaketal. 2013 и др.].

В ряде работ изучалась проблема включения протодоломита в скелетный кальцит [Blakeetal. 1982; Leutloff, Meyers 1984; Richter 1984, 1985; Brockshenetal. 1990 и др.].

Весьма дискуссионными оказались результаты изучения органического вещества скелетов иглокожих, в отдельных публикациях даже отрицалось его наличие [Blumer 1960, 1965; Sibuet, Lawrence 1981; Lawrence, Guille1982; Weineretal. 1983 и др.].

Углубленное биогеохимическое исследование скелетов ископаемых иглокожих началось примерно в одно и то же время в разных странах [Brand 1981, 1990; Morrisonetal. 1985; Brand, Morrison 1987; Smithetal. 1994; Dickson 2002, 2004; Reis 2004 и др]. Внимание к ископаемым формам не ослабевает и в настоящее время [Борисенко 2007; Borremansetal. 2009; Stolarskietal. 2009; Kroh, Nebelsick 2010 и др.].

 

 

2. МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СКЕЛЕТОВ ИГЛОКОЖИХ

Состав скелетов современных криноидей, морских звезд, офиур и голотурий соответствует высокомагнезиальному кальциту с содержанием магния от 2 до 4 %, что соответствует 7-14 % MgCO3.

Скелет современной криноидеи Neocrinusblakeiизучен методами порошковой дифракции рентгеновских лучей и электронного микрозондирования, благодаря которым установлено, что включение магния в структуру кальцита является случайным и однородным [Blake, Peacor 1981]. Установлена формула магнезиального кальцита Ca0.894Mg0.106CO3 со средним содержанием Mg3,07±0,32 %(25) [Blakeetal. 1984]. Cкелетный кальцит морской звезды из Флориды с содержанием Мg 4,72 % имеет межплоскостное расстояние d(100)=2,988 н-1 [Chave 1952].

Монокристаллы кальцита слагают различные по морфологии образования – пластинки, членики, шипы, иглы, выросты, склериты, спикулы. У криноидей скелетные элементы обычно сочленяются в сплошной скелет, у остальных иглокожих они чаще существуют в разобщенном виде и могут иметь микроскопические размеры. Скелетные элементы включены в тело животного и потому считаются внутренними, хотя находятся под тонкой оболочкой и часто выступают на поверхности тела. Кристаллы кальцита образуют ячеистые структуры, таким образом лишь около половины объема скелетных элементов занята известковым материалом. При этом каждый отдельный элемент (шип, членик, пластинка), за исключением голотурий, отвечает минералогически и оптически одному целому кристаллу кальцита, оптическая ось которого проходит параллельно оси шипа или членика и перпендикулярно плоскости пластинки. У голотурий отдельные скелетные элементы имеют разную оптическую ориентировку и обладают фибровой структурой.

Иногда проявляется более сложная скелетная кристаллография, как это отмечено, например, в чашечках 10 видов ордовикских криноидей [Bodenbender, Ausich 2000]. Кристаллографические исследования показали, что ориентировка кристаллических осей в крупных кристаллах кальцита, слагающих пластинки в чашечках, меняются в зависимости от позиции пластинок, когда нижние больше наклонены к стволу: в брахиальных пластинках оптические оси параллельны их поверхности, тогда как в межбрахиальных – перпендикулярны. Аналогичная ориентировка и в анальных пластинках. Получается, что форма и кристаллография скелетных элементов разных типов иглокожих зависят прежде всего от функционального значения и являются специфичными и наследственными.

Для пяти видов современных глубоководных криноидей пористость составляет 52-72 %, для семи видов каменноугольных криноидей – 39-69 % [Savareseetal. 1996]. Это соответствует удельному весу современных криноидей 1,47-1,83 г/см3, у ископаемых видов – 1,54-2,10 г/см3, тогда как удельный вес сплошного кальцита – 2,72 г/см3. В процессе диагенеза пористый скелет действует как «губка» и служит местом отложения диагенетических минералов.

Косвенно количество скелетного материала может быть оценено по уровню золы. Данные для скелетов иглокожих разных классов из Антарктики оказались довольно схожими, за исключением вдвое меньших значений у голотурий (Табл. 2.1) [McClintock, Pearse 1987].

Изменение содержания магния в скелетах современных иглокожих обусловлено двумя факторами: количество магния уменьшается у видов, имеющих ареалы обитания в холодных морях, оно уменьшается также в периферических частях скелета в сравнении с центральными частями тех же организмов. Правда, последнее не всегда выдерживается, иногда проявляются значительные отклонения.

Исследование в сканирующем микроскопе поверхностей разлома скелетных пластинок современной морской звезды Echinasterspinulosusпоказало наличие поликристаллического высокомагнезиального кальцита [ONeill 1981]. Усовидные микроскопические кристаллы ориентированы в одном направлении и плотно упакованы в пластины, которые закручены в спираль. Автор считает, что подобная упаковка кристаллов обусловлена высоким содержанием ионов магния в кальците иглокожих, так как гладкая изогнутая поверхность не может возникнуть из ромбоэдрических кристаллов чистого кальцита.

 

Таблица 2.1 Количество золы (% сухого веса) в скелетах антарктических иглокожих (по материалам McClintock, Pearse 1987).

Класс

К-во

видов

Части

скелета

Количество золы

минимальное

максимальное

Морские ежи

2

панцири

79,5

80,5

«

 

иглы

 

88,6

«

 

челюстной

аппарат

 

79,3

Криноидеи

1

цирри

 

83,0

«

 

чашечка

 

79,0

«

 

руки

 

63,5

Морские звезды

14

стенка тела

31,3

80,3

Офиуры

3

диски

48,7

71,7

«

 

руки

56,8

72,7

Голотурии

3

стенка тела

31,5

36,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обнаруженные химическим анализом небольшие количества Al, Si, Mn, Feявляются инородной терригенной примесью, а для Pи S не выявлено минеральных носителей, скорее всего они входят в состав органических веществ, которые располагаются в пустотах скелета. Частично исключение составляет фосфор в скелетных элементах современных глубоководных голотурий, о чем сообщается в соответствующей главе.

После гибели животного скелет как правило рассыпается на составные элементы. При фоссилизации обычно сохраняется монокристаллическая структура каждого скелетного элемента с сохранением первичной ориентировки оптических осей. Посмертное разрушение мягких соединительных тканей в скелетах иглокожих искажает подлинное представление о внутриклеточной пористости.

Содержание магния в ископаемых формах в 3-4 раза меньшее, чем у современных, то есть скелетный кальцит уже не является высокомагнезиальным. По Маслову [1973], причина преобразования скорее всего состоит в потере изоморфного магния при фоссилизации, когда полости, заполненные при жизни органическим веществом, выполняются вторичным кальцитом с незначительным количеством магния. В шлифах ячеистая структура ископаемых иглокожих и вторичный кальцит, заполняющий пустоты, имеют разную окраску в зависимости от стадии диагенетического преобразования. Вторичный кальцит имеет признаки синтаксиального образования, обусловленные особенностями скелетной микроструктуры. Вторичный кальцит растет в оптической непрерывности с биогенными монокристаллами.

Включения микродоломита в среднетриасовых криноидеях северной и центральной Германии сформировались при диагенетической трансформации магнезиального кальцита в процессе микрорастворения и перекристаллизации в закрытых системах в течение длительного времени [Bruckshenetal. 1990]. Включения размером 5-20 нм составляют 30 % объема кальцитового доломита с содержанием 45-48 % MgCO3 [Richter 1974, 1985; Blakeetal. 1982; Leutloff, Meyers 1984 и др.]. Зерна микродоломита подтверждены рентеновским исследованием: d(104) – 2,886-2,895 [Richter 1985].

Ископаемые иглокожие могут полностью менять свой состав в результате псевдоморфных замещений. В природе очень распространены процессы окремнения, ожелезнения и доломитизации скелетных элементов иглокожих благодаря их тонкопористой микроструктуре. Первоначальный кальцитовый скелет среднеордовикских криноидей у г. Бероун (Чехия) полностью замещен лимонитом [Prokop, Petr 1986], меловые криноидеи и морские звезды на о. Рюген (Германия) пиритизированы [Hardt 1958]. Широко распространена пиритизация и более древних фоссилий благодаря их тонкопористой или ячеистой микроструктуре.

В обзоре псевдоморфоз различных ископаемых организмов Малахова [1967] приводит данные по криноидеям, взятые из старых источников. В частности, в известняках и мраморах отмечены замещения кальцита криноидей гематитом (ордовик, Тенесси, США), касситеритом (Австралия), флюоритом (верхний палеозой Англии), диопсидом и эпидотом (Вогезы, Франция), хлоритом, тремолитом, тальком, церусситом и др. Создается впечатление, что замещение обусловлено исключительно местными минералогическими ассоциациями, а криноидеи, сложенные достаточно пористым материалом, были благоприятным объектом для образования различных, иногда экзотических по составу псевдоморфоз. Например, раннепермская криноидея Moscovicrinushoskingiна о. Силуматра (Индонезия) замещена антигоритом с включением магнетита и касситерита благодаря чему сохранились тонкие детали наружного строения [Strimple, Yanely 1976].

 

 

 

3. ЭЛЕМЕНТНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СКЕЛЕТОВ СОВРЕМЕННЫХ КРИНОИДЕЙ (МОРСКИХ ЛИЛИЙ)

Криноидеи или морские лилия исключительно морские животные, большая часть которых крепится к субстрату при помощи гибкого стебля с корнем, другие являются бесстебельчатыми. Кроме стебля криноидеи имеют обращенную вверх чашечку с разветвленными лучами или руками. Строение тела подчинено пятилучевой симметрии.

Криноидеи обладают известковым скелетом, состоящим из разнообразных по форме члеников или пластинок связанных при помощи мышц, как на стебле, так и на чашечке и лучах. Половину объема этих элементов занимают поры. Более массивные известковые скелеты с крупными шипами типичны для криноидей, обитающих в теплых морях.

Возникли криноидеи предположительно в кембрии. В течении своей эволюции в палеозое и начале мезозоя их затронули периоды массового исчезновения и резкой адаптационной радиации, когда они становились одними из основных породообразующих организмов при накоплении карбонатных и глинисто-карбонатных отложений.

Современные криноидеи, для которых имеются данные относительно вещественного состава их скелетов, в систематическом плане распределяются следующим образом:

Подкласс Articulata– членистые морские лилии

 

Отряд Bourgueticrinida. Семейство Bathycrinidae: Bathycrinus

Семейство Bourgueticrinidae: Bythocrinus

 

Отряд Comatulidaбесстебельчатые морские лилии. Семейство Antedonidae: Annametra, Antedon, Anthometra, Compsometra, Florometra, Hathometra, Heliometra, Poliometra, Promachocrinus

Семейство Charitometridae: Chlorometra, Crinometra, Pachylometra

Семейство Comasteridae: Capillaster, Comanthus, Comenthina

Семейство Himerometridae: Craspedometra

Семейство Pentametrocrinidae: Pentametrocrinus

Семейство Ptilometridae: Ptilometra

Семейство Thalassometridae: Parametra

Семейство Tropiometridae: Tropiometra

Семейство Zenometridae: Psathyrometra

Семейство Zygometridae: Catoptometra, Zygometra

 

Отряд Isocrinida. Семейство Isocrinidae: Hypalocrinus, Isocrinus, Neocrinus

Семейство Isselicrinidae: Diplocrinus, Endoxocrinus, Metacrinus,Saracrinus

Семейство Proisocrinidae: Proisocrinus

 

Отряд Hyocrinida. Семейство Hyocrinidae: Ptilocrinus

 

Считается, что скелеты криноидей представлены высокомагнезиальным кальцитом. Это не совсем соответствует истине, потому что содержание магния лишь иногда немного превышает 3 %, о чем свидетельствуют химические анализы скелетов 24 видов современных членистых морских лилий (Articulata), собранных по всему миру [Clark 1911; Clarke, Wheeler1914, 1922] (Табл. 3.1). Большинство из них относится к отряду бессебельчатых лилий Comatulida.

Согласно приведенным данным, в общих чертах подтвердилась известная зависимость количества изоморфного магния в скелетном кальците криноидей от температуры морской воды. Расчет по регионам показал, что в умеренных или холодных водах содержание магния составляет в среднем 2 %, в теплых и тропических водах – 3 %. Эта разница оказалась статистически значимой, хотя коэффициент корреляции между кальцием и магнием в данном случае составляет всего 0,55. Количество магния в скелетах реально зависит от темпа роста отдельной особи, на который может влиять температура, питание, снабжение растворимым кислородом и другие физиологические факторы.

По данным Чейва [Chave 1954], для выборки со средним содержанием Мg 3,02 %(22) установлена более тесная корреляционная связь между количеством магния в скелетах криноидей и темературой морской воды в местах отбора проб r=0,84.

 

Таблица 3.1 Химический состав (%) скелетов современных криноидей (по материалам Clark 1911; Clarke, Wheeler1914, 1922)

Семе-

йство

Вид

Орга-

ника

Mg

Al

Si

P

S

Ca

Fe

1

Bithocrinus robusta

5,24

2,35

0,08

0,19

Cл

 

33,59

0,11

2

Anthometra adriani

15,14

1,99

0,10

0,11

Сл

 

30,60

0,13

Florometra asperima

18,27

2,20

0,09

0,02

0,09

 

29,15

0,13

Hathrometra dentata

42,52

1,53

0,09

1,53

0,11

 

18,55

0,11

Heliometra glacialis

 

3,37

 

 

 

0,55

28,42

 

Promachocrinus kerguelensis

19,35

1,84

0,12

0,01

Сл

 

29,27

0,16

3

Chlorometra rugosa

13,74

2,42

0,06

0,02

0,02

 

30,74

0,08

Crinometra concinna

12,33

2,93

0,07

0,02

Сл

 

30,54

0,09

Pachylometra patula

13,85

3,00

0,17

0,06

0,19

 

29,70

0,22

4

Capillaster multiradiata

19,42

2,91

0,16

0,08

Сл

 

27,54

0,22

5

Craspedometra anceps

11,11

3,12

0,05

0,07

0,05

 

30,79

0,07

6

Pentametrocrinus japonicus

21,24

2,28

0,19

0,17

0,18

 

27,61

0,25

7

Ptilometra mulleri

19,71

2,55

0,05

0,08

0,07

 

28,13

0,07

8

Parametra granulata

13,67

2,72

0,13

0,20

Сл

 

30,09

0,18

9

Triometra picta

17,59

2,75

0,10

0,01

0,04

 

28,61

0,13

T. carinata

23,56

2,98

0,10

0,19

0,10

0,25

25,62

0,14

10

Psathyrometra fragilis

28,67

1,88

0,27

0,53

Сл

 

24,41

0,36

11

Catoptometra ophiura

14,99

2,83

0,21

0,02

0,15

 

29,42

0,28

Zygometra microdiscus

20,58

3,02

0,13

0,02

0,07

 

26,99

0,18

12

Isocrinus decorus (лучи)

11,88

2,87

0,05

0,04

Сл

 

30,88

0,07

I. decjrus (cтебель)

7,14

3,10

0,02

0,01

Сл

 

32,96

0,03

Hypalocrinus naresianus

7,05

2,69

0,02

0,03

Сл

 

32,97

0,04

13

Endoxocrinus parrae (лучи)

10,35

3,06

0,07

0,07

Сл

 

31,18

0,09

E. parrae (стебель)

7,29

3,07

0,05

0,02

Сл

 

32,47

0,07

Metacrinus rotundus

 

2,93

 

 

 

 

35,40

 

14

Ptilocrinus pinnatus

16,22

1,88

0,29

0,78

0,05

 

29,45

0,39

Среднее

16,29

2,65

0,11

0,18

0,06

 

29,43

0,15

Отр. Bourgueticrinida: 1. Сем. Bourgueticrinidae. Отр. Comatulida: 2. Сем. Antedonidae; 3. Сем Charitometridae; 4. Сем. Comasteridae; 5. Сем. Himerometridae; 6. Сем. Pentametrocrinidae; 7. Сем. Ptilometridae; 8. Сем. Thalassometridae; 9. Сем. Tropiometridae; 10. Сем. Zenometridae; 11. Сем. Zygometridae. Отр. Isocrinida: 12. Сем. Isocrinidae; 13. Сем. Isselicrinidae. Отр. Hyocrinida: 14. Сем. Hyocrinidae.

 

Структура и состав скелетов 4 видов современных глубоководных криноидей-изокринид изучались разнообразными методами [Gorzelaketal. 2013]. В результате установлено, что микроструктура скелетов состоит из сферических частиц размером 20-100 нм, а распределение в скелетах магния исключительно гетерогенно и подчинено разнообразным причинам, большинство из которых установлено предшественниками и связывается с температурой морской воды [Clarke, Wheeler 1922; Chave 1954; Reis 2004 и др.], концентрацией магния и соленостью морской воды [Richter 1984; Richter, Bruckschen 1998; Dickson 2002, 2004; Reis 2004 и др.], а также обусловливается физиологическими факторами [Weber 1973; Rouxetal. 1995 и др.]. Обнаружились также изменения концентрации магния в пределах разных частей одного индивида и по поперечным профилям, в которых выявилось увеличение количества магния в центральных частях отдельных члеников до 2,9-3,2 % в сравнении с периферическими частями (1,9-2,4 %), связанное, по мнению авторов, с наличием серосодержащих полисахаридов. Самые низкие значения магния обнаружены у образцов с наибольшей глубиной отбора. Используя данные Чейва [Chave 1954] вместе с собственными определениями, получен коэффициент корреляции r=0,73 для содержания магния в скелетах современных криноидей в зависимости от температуры морской воды.

Распределение в скелетах кальция и магния сильно зависит от количества органических веществ (5-42 % [Clarke, Wheeler1922]): коэффициенты корреляции отрицательные – соответственно -0,99 и -0,65. Относительно природы этой зависимости трудно высказать определенное мнение. Значительная пористость скелетных элементов предполагает содержание в пустотах скелета в разном количестве тканей организма. Не исключена также различная степень очистки скелетных элементов при подготовке их к анализу.

Cудя по единичным анализам разных авторов в скелетах современных криноидей содержится переменное количество Са (26-35 %) и Sr (0,15-0,20 %) [Thompson, Chow 1955; Milliman 1974; Gunatilaka 1975; Carpenter, Lochman 1992 и др.]. В разное время предпринимались попытки использовать отношение стронция к кальцию в палеогеографических и таксономических целях, однако они не увенчались успехом, так как эти отношения оказались схожими даже у представителей разных классов иглокожих (Табл. 3.2).

 

Таблица 3.2 Средние значения (Sr/Ca).1000 в скелетах современных иглокожих разных классов

Класс

Thompson,

Chow 1955

Odum 1957

Uedaetal. 1973

Gunatilaka 1975

Морские ежи

2,70(12)

3,06(3)

2,90(2)

 

Криноидеи

2,56(1)

3,38(1)

 

 

Морские звезды

2,73(18)

3,71(3)

2,80(2)

3,10(4)

Офиуры

2,69(8)

3,47(2)

 

2,30(1)

Голотурии

2,74(3)

2,60(1)

 

 

Среднее:

2,71(42)

3,32(10)

2,85(4)

2,70(5)

 

Сотые доли процента составляют в скелетах Al, Si, Fe, различное количество которых скорее всего связано с наличием терригенно-глинистой примеси. Более сложная морфология лучей с большей поверхностью привела к тому, что «терригенные» элементы содержатся в них в несколько большем количестве, чем в стеблях, что видно на примере видов Isocrinusdecorusи Endocrinusparrae (Табл. 3.1).

Изотопный состав углерода и кислорода скелетных элементов современных криноидей исследован в четырех десятках образцов, собранных на разных глубинах по всему миру, но лишь половина из них имеет видовое определение [Weber 1967, 1968]. Нужно заметить, что скелеты криноидей, также как и других иглокожих скорее всего не являются геохимически замкнутыми системами. Считается, что содержание изотопов кислорода в скелетном кальците этих организмов не находилось в равновесии с изотопами кислорода окружающей воды. Оно нарушалось еще при их жизни за счет выделения кислорода одноклеточными водорослями, живших на тканях криноидей [Emiliani, Epstein 1953 и др.]. Кроме того, скелетные элементы криноидей пронизаны многочисленными каналами и порами, таким образом они оказывались малопригодными для сохранения первоначального изотопного состава.

В сравнении со всеми остальными представителями типа иглокожих, скелетные элементы криноидей оказались похожими по изотопному составу на морских звезд, то есть несколько обогащены изотопами 12С и 16О в сравнении с неорганическим кальцитом. В среднем округленные значения δ13С составляют -6 , δ18О - -2,4 ‰, хотя разница между предельными значениями в обоих случаях достигает 5-6 ‰: δ13С от -8,37 до -2,71 , δ18О от -5,77 до +0,36 [Weber1968].

Особенностью распределения стабильных изотопов в скелетных элементах криноидей являются существенные вариации значений в зависимости от места и глубины сбора образцов, температуры морской воды, таксономической принадлежности особей. Вариации проявляются также в разных частях одного организма и даже в члениках, следующих друг за другом. В последнем случае изменение изотопного соотношения соответствовало температуре морской воды, которая в свою очередь постоянно изменялась близ местообитания криноидей [Oji 1989].

Подтвердилась установленная Вебером [Weber1968] обратная зависимость значений δ18О от температуры морской воды (r=-0,70). B зависимости от глубины отбора образцов корреляционная связь оказалась менее уверенной (r=-0,54).

Точность воспроизведения повторных замеров проверялась для определенных видов из определенного места. Естественно, что в таких случаях трудно добиться полной идентичности места отбора, но во всяком случае кроме географической привязки совпадала глубина отбора и среднегодовая температура морской воды. Различия (в %) для определенных интервалов значений δ13С и δ18О в скелетных элементах современных криноидей определенного вида в определенном месте рассчитаны для 4 пар (Табл. 3.3).

 

Таблица 3.3 Cравнение в парных определениях (обр.) значений δ13С и δ18О в скелетных элементах у современных криноидей определенного вида в определенном месте (по материалам [Weber1968])

Величина различия, %

δ13С

δ18О

0-0,49

2

3

0,5-0,99

1

0

1,0-1,49

1

0

1,5-2,0

0

1

 

Довольно значительный разброс данных даже в пределах одного вида усиливается при сравнении значений δ13С и δ18О для одного вида из разных мест. Таким образом, обобщение данных для семейств оказалось довольно схожим по конечным результатам (Табл. 3.4). Обоснованное сомнение могут вызвать сравнительно небольшие выборки образцов соответствующих таксономических подразделений.

 

Таблица 3.4 Средние значения δ13С и δ18О () в скелетных элементах современных криноидей различных семейств и отрядов (по материалам [Weber1968])

Отряды и cемейства

n

δ13С

δ18О

Отр.Comatulida

Antedonidae

Comasteridae

Ptilometridae

Tropiometridae

Oтр. Isocrinida

Isocrinidae

Неопределенные

 

10

4

1

3

 

1

23

 

-5,55

-4,74

-3,62

-6,57

 

-4,02

-6,52

 

-2,70

-3,60

-3,00

-2,56

 

-2,03

-1,95

Среднее

42

-5,99

-2,36

 

Значительная вариабельность изотопных значений обнаружена вдоль индивидуального скелета современного вида Neocrinusdecorus, собранного к западу от Багамских островов на глубине 450 м [Baumiller 2001].

 

Таблица 3.5 Средние значения δ13С и δ18О () в различных скелетных элементах современной криноидеи Neocrinusdecorus (по материалам Baumiller 2001)

Части скелета

n

δ13С

Стандартное отклонение

δ18О

Стандартное

отклонение

Чашечки

3

-6,41

0,07

-2,57

0,07

Стебли

7

-8,01

0,16

-3,37

O,05

Руки

6

-6,53

0,48

-2,61

0,12

 

Согласно последним исследованиям, изотопные значения в пределах отдельных члеников современных глубоководных криноидей могут варьировать около 1,0 , тогда как в пределах всего скелета достигать 2,8 для δ13С и1,2 ‰ дляδ18О [Gorgelaketal. 2012]. В отличие от предшественников, указанные авторы установили слабую зависимость значений δ18О от температуры в связи с предполагаемым физиологическим воздействием. Вероятно этими же причинами объясняются некоторые отличия средних значений δ13С при оценке более высоких таксономических подразделений.

Криноидеи отряда Isocrinida собраны на разных глубинах в западной части Тихого океана [Rouxetal. 1995]. В отличие от предшественников, проведенное геохимическое исследование их скелетов показало увеличение значений δ13С (r=0,94) и одновременное уменьшение количества магния (r=-0,85) с глубиной (Табл. 3.6). Последнее, естественно, отражает снижение температуры океанической воды и снижение активного метаболизма. Авторы считают, что проявляются различия в значениях δ13С между видами, однако ограниченное количество исследованного материала не позволяет доверять этому выводу.

Для других компонентов определены следующие значения: Mn – 0-8 г/т, за исключением 22 г/т вблизи дельты в связи с выносом терригенного материала; Fe– 32-164 г/т; Sr – 0,13-0,16 %; δ18О -6,74-5,10 ‰. Одно из значений δ18О в центральной части Тихого океана на глубине 900 м оказалось аномально большим -2,34 ‰. Оно сравнимо со значениями -2,2±0,7 ‰ для Metacrinusrotundusна глубине 100 м у берегов Японии [Oji 1989]. На этом основании сделан вывод, что значения δ18О в скелетах современных криноидей не находятся в равновесии с окружающей океанической водой и не коррелируют с количеством магния.

 

Таблица 3.6 Значения δ13С () и количество Мg (%) в скелетах тихоокеанских криноидей на разных глубинах (по материалам Rouxetal. 1995)

Глубина, м

Район опробования

Вид

δ13С

Mg

111-114

Филиппины

Metacrinus musorstomae

-2,71

3,33

173-185

«

Saracrinus superbus

-2,28

3,37

189-192

«

S. nobilis

-2,22

3,41

215-216

«

M. musorstomae

-2,37

3,10

369-386

«

M. serratus

-0,98

3,01

400

Н. Каледония

M. levii

-1,57

3,38

«

«

«

-1,40

3,20

«

«

«

-1,54

3,20

«

«

S. nobilis

-1,78

3,13

«

«

«

-1,73

3,20

«

«

«

-1,86

3,44

540-600

«

M. levii

-0,66

3,08

779-798

Пр. Макассарский

M. wyvillii

0,33

2,74

900

Таити

Diplocrinus alternicirrus

1,85

2,55

970

Филиппины

Hypalocrinus naresianus

0,35

2,79

 

Разобранные примеры значительной изменчивости как содержания микроэлементов, так и изотопных значений δ13С и δ18О в скелетах современных криноидей в зависимости от различных причин не позволяют надеяться на успешное их практическое использование. Исключение составляют лишь усредненные определения содержания магния и значений δ13С и δ18О для приближенной оценки преобладающей среднегодовой температуры (и косвенно глубины) морской воды в местах обитания современных криноидей по-видимому вне зависимости от таксономической принадлежности.

 

 

4. ЭЛЕМЕНТНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СКЕЛЕТОВ ИСКОПАЕМЫХ КРИНОИДЕЙ

Ископаемые криноидеи, для которых имеются данные относительно вещественного состава их скелетов, в систематическом плане распределяются следующим образом:

Класс Crinoidea

Подкласс Inadunata

Отряд Cladida. Семейство Erisocrinidae: Graphiocrinus (C3); Семейство Agassizocrinidae: Agassizocrinus(C1); Семейство Trimerocrinidae: Calceolispongia (P1); Семейство Encrinidae: Encrinus (T)

 

Подкласс Camerata

Отряд Diplobathrida. Семейство Rhodocrinitidae: Diabolocrinus (O1)

Отряд Monobathrida. Семейство Batocrinidae: Megistocrinus (D2); Семейство Coelocrinidae: Dorycrinus (C1); Семейство Eucalyptocrinitidae: Eucalyptocrinites (S)

 

Подкласс Articulata– членистые морские лилии

Отряд Isocrinida. Семейство Isocrinidae: Balanocrinus (J2), Chariocrinus (J2); Семейство Pentacrinidae: Pentacrinus (J1; P1)

Отряд Millericrinida. Семейство Семейство Bourgueticrinidae: Bourgueticrinus (K2); Millericrinidae: Apiocrinus(J3), Millericrinus (Liliocrinus) (J3)

Отряд Uintacrinida. Семейство Marsupitidae: Marsupites (K2)

 

В сравнении с современными криноидеями, в стеблях и скелетных пластинках ископаемых криноидей увеличивается количество терригенной примеси, а содержание магния обычно в 4-5 раз меньшее, как считается большинством исследователей, в связи с выщелачиванием (Табл. 4.1). Одновременно с этим почти полностью исчезают органические вещества, хотя имеются свидетельства о находках пигментов и «ароматических гидрокарбонатов», которые являются старейшими органическими соединениями в скелетах позднеюрских криноидей Millericrinus(Liliocrinus) [Blumer 1960] и Apiocrinus[Blumer 1965], собранных на местонахождениях Фрингели и Лисберг в северо-западной Швейцарии. Содержание пигментов, названных автором фрингелитами, доходит до нескольких граммов на килограмм окаменелостей, причем наибольшая их концентрация встречается в массивных корнях и нижних частях стеблей, тогда как в верхних частях стеблей и кронах криноидей они почти полностью отсутствуют. Встреченные в тех же местах эхиноидеи и другие органические остатки совершенно не содержат пигментов.

Различная окраска ископаемых криноидей способствовала поддержанию интереса к изучению древних пигментов. Наиболее полно они описаны для раннекаменноугольных криноидей из шт. Индиана (США) [OMalleyetal. 2008, 2013], среднетриасовых криноидей у г. Фрайбург (Германия) [Wolkensteinetal. 2006] и позднеюрских криноидей в районе гор Святого Креста (Польша) [Wolkensteinetal. 2008]. Во многих работах изучался сложный химизм этих органических остатков. Попытки использовать органические молекулы для выявления сходства в принятых филогенетических связях между различными группами ископаемых криноидей пока не увенчались успехом.

 

Таблица 4.1 Химический состав (%) скелетов ископаемых криноидей (по материалам Clarke, Wheeler1922)

Вид и возраст

Mg

Al

Si

P

Ca

Mn

Fe

Diabolocrinus vesperalis (O1)

0,47

0,52

1,92

Сл

35,91

0,03

1,37

Crinoid sp. (O2)

0,55

0,08

1,20

Сл

38,21

0,01

0,11

Eucalyptocrinitescrassus(S)

0,35

0,46

13,83*

0

26,61*

0,03

0,82

Megistocrinusnodosus (D2)

0,73

0,23

4,90

Сл

33,20

0,12

1,24

Dorycrinusunicornis (C1)

0,23

0,17

3,25

Сл

36,30

Cл

0,22

Graphiocrinusmagnificus (C3)

0,47

0,58

1,45

Сл

35,82

0,12

1,81

Encrinusliliiformis (T)

5,69**

0,11

0,11

Сл

30,98**

Cл

0,15

Pentacrinus basaltiformis (J1)

0,50

0,68

0,73

0,04

36,74

 

0,91

Millericrinusmespiliformis (J3)

0,23

0,07

1,33

Сл

38,07

0

0,10

Pentacrinus decadactylus (P1)

0,47

0,70

0,47

0

36,39

0,10

1,98

Среднее:

0,44

0,36

1,70

 

36,33

0,07

0,87

*/ - данные не включены в расчет среднего в связи с окремнением образца

**/ - данные не включены в расчет среднего в связи с доломитизацией образца

 

Геохимическое изучение остатков палеозойских криноидей показало различные результаты в зависимости от геологической истории развития соответствующего региона и особенностей вмещающих пород, в частности, от степени их диагенетического преобразования [Brand 1981, 1990; Brand, Morrison 1987 и др.]. Наибольший интерес представляют остатки криноидей из сланцев месторождения Кендрик (шт. Пенсильвания, США), которые отличаются исключительной сохранностью, о чем свидетельствует неизмененный арагонитовый состав раковин сопутствующих моллюсков (Табл. 4.2) [Brand 1981]. Хорошая сохранность скелетных карбонатов объясняется водонепроницаемостью пород на месторождении, предотвративших воздействие на них метеорных вод. Главные диагенетические изменения проявились в образовании и изменении цемента за счет интерстиционных вод. Этот цемент незначительно изменил состав раковин сопутствующих брахиопод и моллюсков с относительно небольшим количеством пор, но оказал заметное воздействие на химический состав скелетов криноидей, половину объема которых занимают поры. Оказалось, что скелеты позднекаменноугольных криноидей на месторождении отличаются вдвое меньшим содержанием магния в сравнении с современными аналогами. Автор объяснил этот феномен первично осадочными причинами, а также примитивностью древних криноидей, обладающими простыми системами дыхания и выделения.

На основе обобщения данных по многочисленным находкам каменноугольных криноидей Северной Америки Брэнд и Моррисон по-другому оценили низкие значения магния в скелетах ископаемых криноидей [Brand, Morrison 1987, GeoscienceCanada - fig.5]. Они определили, что в скелетном кальците количество магния (от 2 до 0,2 %) и стронция (Sr/Ca.1000 – от 5 до 0,5) уменьшалось пропорционально в процессе диагенеза.

В пользу первой точки зрения как будто свидетельствуют специальное микрозондовое исследование членика турнейской криноидеи из района Динан-Астьер (Бельгия) [DeBethune, Martin1969]. В результате подтвердилось известное положение о более низком содержании магния в ископаемом скелетном материале в сравнении с современными криноидеями с высокомагнезиальным кальцитом. Если бы магния изначально было больше, он должен был в процессе диагенеза рассеяться в близлежащей вмещающей породе, однако этого-то и не было выявлено на микрозондовом профиле. Отсюда был сделан вывод об изначально низких содержаниях магния и марганца в скелетах каменноугольных криноидей. Дополнительным аргументом в пользу легкой миграции микроэлементов во время диагенеза оказались повышенные концентрации Al, Si, K, Feв тонкой глинистой породе, заполнившей центральный канал членика криноидеи, в то время как во вмещающем известняке они находились в незначительном количестве.

В пользу второй, общепринятой точки зрения можно предположить, что в процессе диагенетического преобразования скелетов криноидей магний и марганец мигрировали в растворах на большие расстояния, накапливались в порах и не создавали концентраций в непосредственной близости от внешней стенки фоссилий.

Около трех сотен остатков криноидей геохимически изучались из каменноугольных сланцев Браш-Крик (шт. Пенсильвания США) и известняков Мадера (шт. Нью-Мексико, США) и Барлингтон (шт. Миссури, США), а также из силурийских доломитизированных известняков Айрондекоит (пров. Онтарио) и Дьюоро из арктической Канады. На количество микроэлементных примесей и диагенетическую изменчивость состава скелетов сильно влияли литологические отличия вмещающих пород, в частности, наименьше примесей в скелетах из известняков [Brand, Morrison 1987; Brand 1990]. Скелеты в разной степени доломитизированы и пиритизированы, особенно силурийские, повышенное количество кремния предполагает их окремнение (Табл. 4.2).

 

Таблица 4.2 Средний микроэлементный (%) и изотопный (‰) состав скелетов каменноугольных и силурийских криноидей (по материалам Brand 1981, 1990)

Месторождение

(возраст)

Mg

Ca

Mn

Fe

Zn

Sr

δ13С

δ18О

Кендрик** (C)

1,46

39,40

0,33

0,75

0,003

 

-5,50

-9,00

Браш-Крик (C)

1,43

32,27

0,19*

0,87

 

0,11

-3,38

-10,88

Мадера, Барлингтон (C)

 

 

0,02

0,03

 

 

-6,20

1,65

Айрондекоит

и Дьюоро (S)

4,65

 

 

0,68

 

 

-6,70

2,50

*Mn 0,5 %(6) по Morrison et al. 1985;  **- Na 0,075%

 

Криноидные остатки в каменноугольных известняках Лейк-Валли и Кели (шт. Нью-Мексико, США) содержат ромбовидные включения микродоломита размером от 1-10 до 40 мкм, появление которых связывается с диагенетическими трансформациями скелетного высокомагнезиального кальцита под влиянием пресных вод [LeutloffA.H., MeyersW.J. 1984]. По сравнению с современными криноидеями со средним содержанием магния порядка 3,5 % ископаемые остатки теряют 25 % магния примерно до уровня 2,5 %. Процесс утраты проявляется в уменьшении содержания микродоломитовых зерен в направлении к внешнему краю зерен. Кроме того, этот процесс отражается в большем содержании микродоломита в криноидных известняках с морским цементом по сравнению с разновидностями пресноводного происхождения. Примечательно, что значения 18О в члениках криноидей со значениями -2-6,5 ‰ связаны положительной корреляцией (r=0,93) с увеличением в них микродоломита. Таким образом, отмеченные изотопные значения и количество магния в члениках криноидей трудно объяснить температурными или таксономическими моделями, они связываются с региональными вариациями состава подземных вод и последующими диагенетическими изменениями.

В среднеюрских глинах центральной Польши найдены неизмененные диагенезом остатки изокринид Chariocrinusandreae и Balanocrinusberchteni, в которых хорошо различимы микроструктурные детали и предполагается неизмененный химический состав (Табл. 4.3).

 

Таблица 4.3 Химический состав (%) скелетов среднеюрских криноидей (по материалам Stolarskietal. 2009)

Вид

Mg

Si

S

Ca

Fe

Chariocrinusandreae

1,2±0,13

0,29

0,83

41,30

0,49

Balanocrinusberchteni

1,3±0,22

 

0,77

39,13

0,16

 

Малое количество магния в скелетах названных видов, в сравнении с современными криноидеями, авторы склонны объяснять либо низкой температурой окружающей среды, либо низким соотношением в морской воды Мg/Са. В действительности этот феномен скорее всего объясняется вторичным процессами несмотря на идеальную сохранность фоссилий, тем более, что поры их заполнены железистым кальцитовым цементом.

Микроэлементы во фрагментах четвертичных криноидей из карбонатных илов Балтийского моря количественно не очень отличаются от более древних фоссилий [Manheim 1982] (Табл. 4.4).

 

Таблица 4.4 Химический состав (%) фрагментов скелета четвертичных криноидей из карбонатных илов Балтийского моря (по материалам Manheim 1982)

Вмещающий осадок

Mg

P

Ca

Mn

Fe

Sr

Ba

Мергель

1,05

-

35,30

0,04

0,53

0,03

0,004

Известняк

0,37

0,02

39,62

0,04

0,07

0,03

0,001

 

Изотопное исследование ископаемых криноидей обычно проводилось не систематически, часто на ограниченном и плохо сопоставимом материале, что видно по приведенному ниже обзору.

Изотопный состав скелетов палеозойских криноидей в большинстве случаев отличается истощением тяжелых изотопов 13С и 18О по сравнению с современными аналогами (Табл. 4.2). Однозначного объяснения этому феномену нет. Так, для скелетов из месторождения Кендрик это объясняется метаболическим включением легких изотопов в скелетный кальцит, в других случаях более негативные значения трактуются как вековые вариации в океанической воде или частично обусловлены факторами окружающей среды [Brand 1981, 1990].

Средние значения δ13С 3,05 ‰(11) в члениках силурийских криноидей из известняков месторождения Мач-Уэнлок (Великобритания), которые переполнены микродоломитовыми включениями и часто содержат вторичные пустоты, значительно отличаются от приведенных примеров своими положительными значениями, тогда как δ18О – также отрицательные (-6,24 ‰ (11) [Wilmot, Fallick 1989]. По мнению авторов, эти значения отражают изотопные значения, равновесные с поровыми флюидами, генерированными раннедиагенетическим низкомагнезиальным цементом.

Схожие средние значения 13С 3,25 ‰(2) и 2,0 ‰(4) отмечены во вторичном кальците двух выборок члеников среднекаменноугольных криноидей на месторождении Бакхорн (шт. Пенсильвания, США) [Smithetal. 1994]. Примечательно, что значения 13С связаны обратной пропорцией с отношением (Sr/Ca).1000, которые равны соответственно 3,25 и 4,3. По соотношению в скелетах криноидей урана (0,26-0,35 г/т) и свинца (0,14-0,26 г/т) определен возраст вмещающих пород.

При умеренных положительных значениях δ13С в члениках каменноугольных криноидей с о. Мэн в Ирландском море значения δ18О аномально отрицательные и связываются с диагенетическими преобразованиями фоссилий [Dickson, Coleman 1980]. Если же предположить, что каменноугольное море имело δ18О похожее на современную морскую воду, то осаждение изотопов кислорода в равновесии отвечало бы неправдоподобно высокой температуре порядка 50 оС.

Преимущественно умеренные положительные значения δ13С в члениках разновозрастных криноидей отмечены в одной из ранних работ (Табл. 4.5).