Предварительные результаты изучения изотопного состава углерода конодонтовых элементов на рубеже девонского и каменноугольного периодов (разрезы р. Каменка, Печорская карбонатная платформа)

Объект исследований. На основе изучения изотопного состава углерода органического вещества конодонтовых элементов предпринята попытка реконструировать изменения трофической структуры мелководных пелагических экосистем на рубеже девонского и каменноугольного периодов.

Материалы и методы. Работа основана на результатах изучения двух разрезов пограничного девонско-каменноугольного интервала, расположенных в южной части Печора-Кожвинского поднятия (Печорская плита). Пограничный интервал представлен мелководными глинисто-карбонатными отложениями. Уровень границы девонской и каменноугольной систем установлен по первым находкам конодонтов Siphonodella sulcata, S. semichatovae, Patrognathus crassus и исчезновению Pseudopolygnathus graulichi. В разрезах изучен изотопный состав углерода в карбонатах и органическом веществе конодонтовых элементов двух доминирующих видов (Polygnathus parapetus и P. communis communis).

Результаты. Распределение стабильных изотопов углерода в органическом веществе конодонтовых элементов в совокупности с данными по изотопному составу карбонатов позволило предположить изменения в пищевой базе доминирующих таксонов при переходе от позднего фамена к раннему турне. Преобладание питания фито- и зоопланктоном, содержащим органический углерод с легким изотопным составом, предполагается для позднефаменских представителей Polygnathus parapetus и P. communis communis. Для раннетурнейских представителей этих видов прогнозируется переход к питанию фито- и зоопланктоном с более тяжелым изотопным составом органического углерода.

Выводы. Вариации в изотопном составе углерода органического вещества конодонтовых элементов на рубеже девона и карбона в мелководных фациях могут соответствовать переходу от эвтрофной к олиготрофной экосистеме и/или глобальным изменениям углеродного цикла, связанным с изменением климата. Имеющиеся данные, в силу своей ограниченности двумя разрезами, не позволяют однозначно интерпретировать масштаб (локальный, региональный, или глобальный) и корреляционный потенциал следов этих изменений.

1. Вевель Я.А., Журавлев А.В., Попов В.В. (2012) Пограничные отложения девонской и каменноугольной систем в разрезе на р. Каменка (Печоро-Кожвинский мегавал, Тимано-Печорская провинция). Нефтегазовая геология. Теория и практика, 7(1). http://www. ngtp.ru/rub/2/6_2012.pdf

2. Герасимова А.И., Ерофеевский А.В., Журавлев А.В. (2019) Разрез турнейского яруса на юго-западном крыле Ыджидской антиклинали (юг Печора-Кожвинского мегавала). Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента. Мат-лы 28-й науч. конф. Института геологии Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар, 25-28.

3. Ерофеевский А.В., Журавлев А.В. (2019) Перспективы использования изотопно-стратиграфического метода (δ13C карб) для корреляции верхнедевонскокаменноугольного интервала востока ТиманоПечорской провинции. Нефтегазовая геология. Теория и практика, 14(1). http://www.ngtp.ru/rub/2019/9_2019.html DOI: https://doi.org/10.17353/2070-5379/9_2019

4. Журавлев А.В. (2003) Конодонты верхнего девона–нижнего карбона северо-востока Европейской России. СПб.: изд-во ВСЕГЕИ, 85 с.

5. Журавлев А.В. (2007) Морфофункциональный анализ позднепалеозойских конодонтовых элементов и аппаратов. Палеонтол. журн., 5, 75-83.

6. Лисицын А.П., Демина Л.Л., Гордеев В.В., ШумилинЕ.В., Виноградов М.Е., Морозов Н.П., Богданов Ю.А., Гурвич Е.Г., Тихомиров В.Н., Лукашин В.Н. (1983) Биогеохимия океана. М.: Наука, 368 с.

7. Махлина М.Х., Вдовенко М.В., Алексеев А.С., Бывшева Т.В., Донакова Л.М., Жулитова В.Е., Кононова Л.И., Умнова Н.И., Шик Е.М. (1993) Нижний кар бон Московской синеклизы и Воронежской антеклизы. М.: Наука, 221 с.

8. Плотицын А.Н. (2016) Корреляционные уровни в верхнем фамене и турне Севера Урала и гряды Чернышева. Вестн. ИГ Коми НЦ УрО РАН, 7, 46-53. DOI: 10.19110/2221-1381-2016-7-46-53

9. Симаков К.В. (1986) Проблема определения хроностратиграфических границ: на примере границы девона и карбона. Магадан: АН СССР, Дальневосточный науч. центр, Северо-Восточный комплексный науч.- иссл. ин-т, 393 с.

10. Соболев Д.Б. (2011) Эволюция и биоразнообразие раннекаменноугольных остракод на событийных уровнях. Биогеология, эволюция организмов и биоразнообразия в геологической истории ТиманоСевероуральского региона, моделирование палеоэкосистем, палеонтологические и стратиграфические геокорреляции. Сыктывкар: Геопринт, 102-108.

11. Balter V., Martin J.E., Tacail T., Suan G., Renaud S., Girard C. (2019) Calcium stable isotopes place Devonian conodonts as first level consumers. Geochem. Persp. Lett., (10), 36-39.

12. Becker R.T., Kaiser S.I., Aretz M. (2016) Review of chrono-, litho- and biostratigraphy across the global Hangenberg Crisis and Devonian–Carboniferous Boundary. Geol. Soc., 423, 355-386.

13. Bohata K., Koppelmann R. (2013) Chaetognatha of the Namibian Upwelling Region: Taxonomy, Distribution and Trophic Position. PLoS ONE, 8(1), e53839. doi:10.1371/ journal.pone.0053839

14. Brett C.E., Walker S.E. (2002) Predators and predation in Paleozoic marine environments. Paleontol. Soc. Pap., 8, 93-118.

15. Buggisch W., Joachimski M.M., Sevastopulo G., Morrow J.R. (2008) Mississippian δ13C carb and conodont apatite δ18O records – their relation to the Late Palaeozoic Glaciation. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 268, 273-292.

16. Choo B., Long J.A., Trinajstic K. (2009) A new genus and species of basal actinopterygian fish from the Upper Devonian Gogo Formation of Western Australia. Acta Zool., 90, 194-210. DOI: 10.1111/j.1463-6395.2008.00370.x

17. DeNiro M.J., Schoeninger M.J. (1983) Stable carbon and nitrogen isotope ratios of bone collagen: variations within individuals, between sexes, and within populations raised on monotonous diets. J. Archaeol. Sci., 10(3), 199-203.

18. Fontugne M.R., Calvert S.E. (1992) Late Pleistocene variability of the carbon isotopic composition of organic matter in the eastern Mediterranean: Monitor of changes in carbon sources and atmospheric CO2 concentrations. Paleoceanography, 7, 1-20.

19. Hallam A., Wignall P.B. (1997) Mass Extinctions and Their Aftermath. Oxford University Press, 328 p.

20. Iannicelli M. (2018) Explaining the crude and simple mechanics of parasitic feeding by conodonts. J. Oceanogr. Marine Res., 6(177). DOI: 10.4172/2572-3103.S1-01

21. Jasper J.P., Hayes J.M. (1990) A carbon isotope record of CO2 levels during the late Quaternary. Nature, 347, 462-646.

22. Kaiser S.I., Steuber T., Becker R.T., Joachimski M.M. (2006) Geochemical evidence for major environmental change at the Devonian-Carboniferous boundary in the Carnic Alps and the Rhenish Massif. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 240, 146-160.

23. Kaiser S.I., Becker R.T., Steuber T., Aboussalam Z.S. (2011) Climate-controlled mass extinctions, facies, and sea-level changes around the Devonian-Carboniferous boundary in the eastern Anti-Atlas (SE Morocco). Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 310, 340-364.

24. Li B.-Y., Zhang D.-W., Pang X.-Q., Gao P., Zhu D.-Y., Guo K.-Z., Zheng T.-Y. (2018) Paired δ13Ccarb and δ13Corg records of the Ordovician on the Yangtze platform, South China. Austral. J. Earth Sci., 65(6), 809-822. DOI: 10.1080/08120099.2018.1487468

25. Meyers P.A., Horie S. (1993) An organic carbon isotopic record of glacial-postglacial change in atmospheric Р CO2 in the sediments of Lake Biwa, Japan. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 105, 171-178.

26. Nicholas C., Murray J., Goodhue R., Ditchfield P. (2004) Nitrogen and carbon isotopes in conodonts: Evidence of trophic levels and nutrient flux in Palaeozoic oceans. The Palaeontological Association 48th Annual Meeting, University of Lille, ABSTRACTS, 126-127.

27. Nicoll R.S. (1977) Conodont apparatuses in an Upper Devonian palaeoniscoid fish from the Canning Basin, Western Australia. BMR J. Aust. Geol. Geophys., 2, 217-228.

28. Peters K.E., Walters C.C., Moldowan J.M. (2005) The biomarker gude. Second edition. II. Biomarkers and isotopes in petroleum systems and Earth history. Cambridge University Press, 1155 p.

29. Purnell M.A. (1995) Microwear on conodont elements and macrophagy in the first vertebrates. Nature, 374, 798- 800.

30. Qie W., Wang X.-D., Zhang X., Ji W., Grossman E.L., Huang X., Liu J., Luo G. (2016) Latest Devonian to earliest Carboniferous conodont and carbon isotope stratigraphy of a shallow-water sequence in South China. Geol. J., 51, 915-935.

31. Sandberg C.A. (1976) Conodont biofacies of Late Devonian Polygnathus styriacus Zone in western United States. Geol. Assoc. Canada Spec. Pap., 15, 171-186.

32. Sandberg C.A., Gutschick R.C. (1984) Distribution, microfauna and source-rock potential of Mississippian Delle Phosphatic Member of Woodman Formation and equivalents, Utah and adjacent States. (Eds J. Woodward, F.F. Meissner, J.L. Clayton). Hydrocarbon source rocks of the Greater Rocky Mountain region. Rocky Mountain Association of Geologists, 135-178.

33. Schumacher D. (1976) Conodont biofacies and paleoenvironments in Middle Devonian-Upper Devonian boundary beds, central Missouri. Geol. Assoc. Canada Spec. Pap., 15, 159-169.

34. Strauss H., Peters-Kottig W. (2003) The Paleozoic to Mesozoic carbon cycle revisited: the carbon isotopic composition of terrestrial organic matter. Geochem. Geophys. Geosyst., 4(10), 1083. https://doi. org/10.1029/2003GC000555

35. Walliser O.H. (1996) Global events in the Devonian and Carboniferous. Global Events and Event Stratigraphy in the Phanerozoic. Berlin: Springer, 225-250.

36. Williams M.E. (1990) Feeding behavior in Cleveland Shale fishes. Evolutionary Paleobiology of Behavior and Coevolution. Amsterdam: Elsevier, 273-287.

37. Zatoń M., Broda K., Qvarnström M., Niedźwiedzki G., Ahlberg P.E. (2017) The first direct evidence of a Late Devonian coelacanth fish feeding on conodont animals. Sci. Nat., 104, 26. https://doi.org/10.1007/s00114-017-1455-7

38. Zatoń M., Rakociński M. (2014) Coprolite evidence for carnivorous predation in a Late Devonian pelagicenvironment of southern Laurussia. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 394, 1-11. https://doi. org/10.1016/j.palaeo.2013.11.019

39. Zhuravlev A.V. (1995) Ontogeny and trophic types of some Tournaisian Polygnathacea (Conodonta). Courier Forsch.-Institut Senckenberg, 182, 307-312.

40. Zhuravlev A.V. (1998) Three-dimension functional reconstruction of Polygnathidae conodont apparatus. Ichthyolith Iss. Spec. Publ., 4, 58-59.

41. Zhuravlev A.V. (2017) Shallow-water siphonodellids and definition of the Devonian-Carboniferous boundary. Newslett. Carbonifer. Stratigr., 33, 21-26.

42. Zhuravlev A.V., Kossovaya O.L., Sobolev D.B., Vevel Y.A. (1998) Early Tournasian (Early Carboniferous) Shallow water Communities (Eastern part of the Timan-Pechora Province). Ichthyolith Iss. Spec. Publ., 4, 60-62.

43. Zhuravlev A.V., Plotitsyn A.N., Gruzdev D.A. (2020) Carbon Isotope Ratios in the Apatite-Protein Composites of Conodont Elements – Palaeobiological Proxy. Lecture Notes in Earth System Sciences. Processes and Phenomena on the Boundary between Biogenic and Abiogenic Nature. Ch. 40, 749-764. DOI: 10.1007/978-3-030- 21614-6_40

44. Zhuravlev A.V., Smoleva I.V. (2018) Carbon isotope values in conodont elements from the latest Devonian-Early Carboniferous carbonate platform facies (Timan-Pechora Basin). Eston. J. Earth Sci., 67(4), 238-246. DOI 10.3176/earth.2018.17.

45. Zhuravlev A.V., Sobolev D.B. (2019) Devonian-Carboniferous boundary in the East of Pechora Plate (Kamenka River and Vangyr River sections). Vestn. IG Komi SC UB RAS, (10), 16-22.

46. Zhuravlev A.V., Tolmacheva T.J. (1995) Ecological recovery of conodont communities after Cambrian/Ordovician and Devonian/Carboniferous events. Courier Forsch.-Institut Senckenberg, 182, 313-324.