Граница нижнего и среднего карбона в разрезах восточного склона Южного и Среднего Урала: изотопный состав углерода и кислорода в известняках

Объектами исследования являлись известняки пограничного нижне-среднекаменноугольного интервала на восточном склоне Урала (разрезы “Худолаз”, “Худолаз-лог” и “Большой Кизил” на Южном Урале, “Исетский карьер” и “Луговая” – на Среднем).

Методика. Проанализирован изотопный состав углерода и кислорода валовых проб известняков.

Результаты. Получены первые результаты изучения изотопного состава углерода и кислорода карбонатных отложений серпуховско-башкирского интервала в разрезах восточного склона Южного и Среднего Урала. Показано, что величина δ13C в наиболее полных разрезах колеблется в пределах от 1.5 до 3.8‰, а δ18O – от 23.1 до 30.7‰.

Выводы. Вариации изотопного состава углерода и кислорода в целом обусловлены как глобальными, так и местными событиями. В Восточно-Уральских бассейнах (северная периферия Палеотетиса) тренд к утяжелению изотопного состава углерода в карбонатных осадках проявился уже в позднесерпуховское время. В ряде случаев с этим трендом ассоциирует и положительный экскурс величины δ18O, который, вероятнее всего, связан с  глобальным кратковременным похолоданием (оледенением).

1. Алексеев А.С. (2000) Типизация фанерозойских событий массового вымирания организмов. Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология, (5), 6-14.

2. Алексеев А.С. (2006) Двучленное деление каменноугольной системы. Эволюция биосферы и биоразнообразия (к 70-летию А.Ю. Розанова). М.: Тов-во науч. изд. КМК, 527-539.

3. Алексеев А.С. (2008) Каменноугольная система. Состояние изученности стратиграфии докембрия и фанерозоя России. Задачи дальнейших исследований. Постановления МСК и его постоянных комиссий. Вып. 38. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 61-68.

4. Алексеев А.С., Реймерс А.Н. (2010) Климат каменноугольного периода и его динамика на ВосточноЕвропейской платформе и западном склоне Урала. Геология и нефтегазоносность северных районов Урало-Поволжья. Матер. Всерос. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения проф. П.А. Софроницкого. Пермь: ПГУ, 16-18.

5. Артюшков Е.В., Чехович П.А. (2011) Изменения уровня моря и быстрые движения земной коры в платформенных областях в позднем палеозое. Геология и геофизика, 52(10), 1567-1592.

6. Вотяков С.Л., Киселева Д.В., Шагалов Е.С., Чередниченко Н.В., Дерюгина Л.К., Денисов С.А., Чемпалов А.П., Узких С.Э., Орехов А.А. (2006) Мультиэлементный анализ геологических образцов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на ELAN 9000. Ежегодник-2005. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 425-430.

7. Горбунова Н.П., Татаринова Л.А. (2015) Многоканальный спектрометр СРМ-35 – новые возможности силикатного рентгенофлуоресцентного анализа. Ежегодник-2014. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 235-237.

8. Горожанина Е.Н., Пазухин В.Н., Горожанин В.М. (2009) Палеофациальная модель осадконакопления нижнекаменноугольных отложений на Южном Урале. Типовые разрезы карбона России и потенциальные глобальные стратотипы. Матер. Междунар. полевого совещ. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 12-21.

9. Егоров А.И. (1960) Пояса углеобразования и нефтегазоносные зоны земного шара. Ростов н/Д.: Изд-во Ростовского ун-та, 184 с.

10. Егоров А.И. (1985) Угленосные и горючесланцевые формации Европейской части СССР. Ростов н/Д.: Изд-во Ростовского ун-та, 192 с.

11. Иванова Р.М., Яркова А.В., Симонова З.Г., Плюснина А.А. (1972) Разрез по р. Худолаз. Путеводитель экскурсий по разрезам карбона восточного склона Южного Урала. Магнитогорский синклинорий. Свердловск: Изд. УФ АНСССР, 77-109.

12. Конюхов А.И. (2015) Черные глины и другие отложения, обогащенные органическим веществом, на окраинах материков в раннем и позднем палеозое. Вестн. МГУ. Сер. 4: Геология, (4), 22-33.

13. Кузнецов А.Б. (2013) Эволюция изотопного состава стронция в протерозойском океане. Автореф. дис. ... д-ра геол.-мин. наук. СПб.: ИГГД РАН, 43 с.

14. Кулагина Е.И., Пазухин В.Н., Кочеткова Н.М., Синицына З.А., Кочетова Н.Н. (2001) Стратотипические и опорные разрезы башкирского яруса карбона Южного Урала. Уфа: Гилем, 139 с.

15. Кулагина Е.И., Пазухин В.Н., Кочетова Н.Н. (2013) Предложения по обновлению стратиграфической схемы нижнего карбона Урала. Геологический сборник № 10 ИГ УНЦ РАН. Уфа: ДизайнПресс, 88-98.

16. Кулешов В.Н., Седаева К.М., Горожанин В.М., Горожанина Е.Н. (2018) Гипостратотип башкирского яруса каменноугольной системы (р. Аскын, Башкортостан): литология, изотопные особенности (δ13C, δ18O) и условия образования карбонатных пород. Стратиграфия. Геол. корреляция, (6), 41-64.

17. Кучева Н.А. (2015) Распространение брахиопод в пограничных отложениях нижнего и среднего карбона разреза Бражка (западный склон Среднего Урала). Бюл. МОИП. Отд. геол., 90(2), 35-50.

18. Мизенс Г.А., Бадида Л.В., Степанова Т.И., Кучева Н.А. (2016) Палеокарст на восточном склоне Среднего Урала и граница нижнего/среднего карбона. Литосфера, (6), 56-69.

19. Мизенс Г.А., Дуб С.А. (2018) Редкоземельные элементы в отложениях карбонатных платформ на рубеже раннего и среднего карбона (Южный и Средний Урал). Ежегодник-2017. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 165. Екатеринбург, 136-143.

20. Мизенс Г.А., Степанова Т.И., Дуб С.А., Кузнецов А.Б. (2017) Граница нижнего и среднего карбона на востоке Урала по изотопно-геохронологическим данным. Докл. АН, 477(1), 61-66.

21. Мизенс Г.А., Степанова Т.И., Кучева Н.А. (2012) Восточные зоны Среднего Урала в карбоне (эволюция бассейнов осадконакопления и особенности палеотектоники). Литосфера, (4), 107-126.

22. Мизенс Г.А., Степанова Т.И., Кучева Н.А., Коровко А.В. (2007) Фациальные особенности обломочных пород башкирского яруса на восточном склоне Среднего Урала. Ежегодник-2006. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 94-100.

23. Пазухин В.Н., Николаева С.В., Кулагина Е.И. (2012) Срединная граница карбона на Южном Урале и в Приуралье. Палеозой России: региональная стратиграфия, палеонтология, гео- и биособытия. Матер. III Всерос. совещ. СПб.: ВСЕГЕИ, 169-172.

24. Пучков В.Н. (2010) Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 280 с.

25. Сапурин С.А., Степанова Т.И. (2016) Микробиальные образования в пограничных серпуховско-башкирских отложениях на восточном склоне Южного Урала (р. Худолаз). Ежегодник-2015. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 163. Екатеринбург, 31-36.

26. Семихатов М.А., Кузнецов А.Б., Подковыров В.Н., Бартли Дж., Давыдов Ю.В. (2004) Юдомский комплекс стратотипической местности: С-изотопные хемостратиграфические корреляции и соотношение с вендом. Стратиграфия. Геол. корреляция, 12(5), 3-29.

27. Степанова Т.И., Кучева Н.А. (2006) Разрез “Худолаз” – стратотип горизонтов субрегиональной схемы нижнекаменноугольных отложений восточного склона Урала. Литосфера, (1), 45-75.

28. Степанова Т.И., Кучева Н.А. (2009а) Анализ распространения фораминифер и брахиопод в визейскосерпуховских карбонатных отложениях восточного склона Урала. Верхний палеозой России. Стратиграфия и фациальный анализ. Матер. II Всерос. науч. конф. Казань: КГУ, 155-157.

29. Степанова Т.И., Кучева Н.А. (2009б) Палеонтологическое обоснование горизонтов серпуховского яруса Восточно-Уральского субрегиона в стратотипе по реке Худолаз. Типовые разрезы карбона России и потенциальные глобальные стратотипы. Матер. Междунар. полевого совещ. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 97-128.

30. Степанова Т.И., Кучева Н.А., Школин А.А. (2001) Новые материалы по стратиграфии и аммоноидеям верхнесерпуховских отложений на р. Исеть. Эволюция жизни на Земле. Матер. II Междунар. симпоз. Томск: ТГУ, 233-236.

31. Сунгатуллин Р.Х., Кулешов В.Н., Кадыров Р.И. (2014) Изотопный состав (δ13С и δ18О) доломитов из пермских эвапоритовых толщ востока Русской плиты (на примере Сюкеевского месторождения гипса). Литология и полезн. ископаемые, (5), 432-442.

32. Фор Г. (1989) Основы изотопной геологии. М.: Мир, 590 с.

33. Чувашов Б.И. (2000) Палеозойские карбонатные платформы Уральского подвижного пояса и его обрамления (позднедевонские и раннекаменноугольные карбонатные платформы). Осадочные бассейны Урала и прилегающих районов: закономерности строения и минерагения. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 68-87.

34. Чувашов Б.И., Иванова Р.М., Колчина А.Н. (1984) Верхний палеозой восточного склона Урала. Стратиграфия и геологическая история. Свердловск: УНЦ АН СССР, 230 с.

35. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2011) Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 742 с.

36. Banner J.L., Hanson G.N. (1990) Calculation of simultaneous isotopic and trace element variations during water–rock interaction with applications to carbonate diagenesis. Geochim. Cosmochim. Acta, 54, 3123-3137.

37. Brand U., Bruckschen P. (2002) Correlation of the Askyn River section, Southern Urals, Russia, with the MidCarboniferous Boundary GSSP, Bird Spring Formation, Arrow Canyon, Nevada, USA: implications for global paleoceanography. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 184, 177-193.

38. Brand U., Veizer J. (1980) Chemical diagenesis of a multicomponent carbonate system-1. Trace elements. J. Sediment. Petrol., 50(4), 1219-1236.

39. Bruckschen P., Oesmann S., Veizer J. (1999) Isotope stratigraphy of the European Carboniferous. Proxy signals for ocean chemistry, climate and tectonic. Chem. Geol., 161, 127-164.

40. Buggisch W., Wang X., Alekseev A.S., Joachimski M.M. (2011) Carboniferous-Permian carbon isotope stratigraphy of successions from China (Yangtze platform), USA (Kansas) and Russia (Moscow Basin and Urals). Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 301(1-4), 18-38.

41. Davydov V.I., Cózar P. (2019) The formation of the Alleghenian Isthmus triggered the Bashkirian glaciation: Constraints from warm-water benthic foraminifera. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 531(В), 108403.

42. Davydov V.I., Korn D., Schmitz M.D., Gradstein F.M., Hammer O. (2012) The Carboniferous Period. The Geologic Time Scale 2012. (Coord. F.M. Gradstein, J.G. Ogg, M. Schmitz, G. Ogg). N.Y., Elsevier, 603-651.

43. Derry L.A., Kaufman A.J., Jacobsen S.B. (1992) Sedimentary cycling and environmental change in the Late Proterozoic: Evidence from stable and radiogenic isotopes. Geochim. Cosmochim. Acta, 56, 1317–1329.

44. Friedman J., O’Neil Y.R. (1977) Compilation of Stable Isotope Fractionation Factors of Geochemical Interest. uS Geol. Surv. Prof. Pap. N 440-KK. Wash. D.C., Gov. Print. Off., 110 p.

45. Interest. uS Geol. Surv. Prof. Pap. N 440-KK. Wash. D.C., Gov. Print. Off., 110 p.

46. Grossman E.L., Bruckschen P., Mii H.-S., Chuvashov B.I., Yancey T.E., Veizer J. (2002) Carboniferous paleoclimate and global change: isotopic evidence from the Russian Platform. Стратиграфия и палеогеография карбона Евразии. Екатеринбург, ИГГ УрО РАН, 61-71.

47. Grossman E.L., Yancey T.E., Jones T.E., Bruckschen P., Chuvashov B.I., Mazzullo S.J., Mii H.-S. (2008) Glaciation, aridification, and carbon sequestration in the Permo-Carboniferous: The isotopic record from low latitudes. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 268(3-4), 222-233.

48. Haq B.U., Schutter S.R. (2008) A chronology of Paleozoic sea-level changes. science, 322(5898), 64-68.

49. Hoefs J. (2009) Stable Isotope Geochemistry. 6th ed. Berlin, Springer, 293 p.

50. Kaufman A.J., Jacobsen S.B., Knoll A.H. (1993) The Vendian record of Sr and C isotopic variations in seawater: Implications for tectonics and paleoclimate. Earth Planet. Sci. Lett., 120(3-4), 409-430.

51. Knoll A.H., Grotzinger J.P., Kaufman A.J., Kolosov P. (1995) Integrated approaches to terminal Proterozoic stratigraphy: An example from the Olenek Uplift, northeastern Siberia. Prec. Res., 73, 251-270.

52. Kulagina E.I., Pazukhin V.N., Nikolaeva S.V., Kochetova N.N., Zainakaeva G.F., Gibshman N.B. (2009) Serpukhovian and Bashkirian bioherm facies of the Kizil Formation in the South Urals. Carboniferous Type Sections in Russia and Potential Global Stratotypes. southern urals Session. Proc. Int. Field Meeting ufa–Sibai. Ufa, DizainPoligrafServis Publ., 78-96.

53. Mii H.-S., Grossman E.L., Yancey T.E. (1999) Carboniferous isotope stratigraphies of North America: implications for Carboniferous paleoceanography and Mississippian glaciation. Geol. Soc. Amer. Bull., 111, 960-973.

54. Mii H.-S., Grossman E.L., Yancey T.E., Chuvashov B., Egorov A. (2001) Isotopic records of brachiopod shells from the Russian Platform-evidence for the onset of mid-Carboniferous glaciation. Chem. Geol., 175, 133-147.

55. Nikolaeva S.V., Mizens G.A., Stepanova T.I., Dub S.A., Kucheva N.A., Kuznetsov A.B. (2018) Uppermost Mississippian (Serpukhovian) ammonoid occurrences in UPb dated deposits of the Middle Urals (Iset River). Cephalopods – present and past. Abstracts. Morocco, 86-87.

56. Ogg J.G., Ogg G.M., Gradstein F.M. (2016) Carboniferous. A Concise Geologic Time Scale (Ed. by J.G. Ogg, G.M. Ogg, F.M. Gradstein). Amsterdam, Elsevier, 29-39.

57. Peppers R.A. (1996) Palynological correlation of major Pennsylvanian (Middle and Upper Carboniferous) chronostratigraphic boundaries in the Illinois and other coal basins. Geol. Soc. Amer. Mem., 188, 111 p.

58. Raymond A., Kelley P.H., Lutken C.B. (1989) Polar glaciers and life at the equator: The history of Dinantian and Namurian (Carboniferous) climate. Geology, 17, 408-411.

59. Richards B.C., Lane H.R., Brenckle P.L. (2002) The IUGS Mid-Carboniferous (Mississippian-Pennsylvanian) Global Boundary Stratotype Section and Point at Arrow Canyon, Nevada, USA. Carboniferous and Permian of the World (Ed. by L.V. Hills, C.M. Henderson, E.W. Bamber). Canadian Society of Petroleum Geologists Memoir, 19, 802-831.

60. Rodriguez S. (1984) Carboniferous corals from eastern Cantabrian Mountains: Paleogeographic implications. Palaeontographica Amer., 54, 433-436.

61. Ross C.A., Ross J.R.P. (1985) Carboniferous and Early Permian biogeography. Geology, 13, 27-30.

62. Ross C.A., Ross J.R.P. (1987) Late Paleozoic sea level and depositional sequences. Geology, 61, 137-149.

63. Saltzman M.R. (2003) The Late Paleozoic ice Age: Oceanic gateway or pCO2? Geology, 31, 151-154.

64. Steuber T., Veizer J. (2002) Phanerozoic record of plate tectonic control of seawater chemistry and carbonate sedimentation. Geology, 30, 1123-1126.

65. Tian X., Chen J., Yao L., Hu K., Qi Y., Wang X. (2020) Glacio-eustasy and δ13C across the Mississippian–Pennsylvanian boundary in the eastern Paleo-Tethys Ocean (South China): Implications for mid-Carboniferous major glaciation. Geol. J., 55, 2704-2716.