Каменноугольная система
Каменноугольная система (пери́од)
карбон, пятая по порядку система палеозойской группы, соответствующая пятому периоду палеозойской эры истории Земли.
Начало К. п. радиогеологическими методами определяется в 350 млн. лет тому назад, длительность его составляет 65-75 млн. лет; следует за девонской системой и предшествует пермской.
К. с. установлена в 1822 У. Конибиром и У. Филлипсом в Великобритании. В России изучение К. с. и её ископаемой фауны и флоры проводилось В. И. Меллером, С. Н. Никитиным, Ф. Н. Чернышевым и др., а в советское время - М. Д. Залесским, А. П. и Е. А. Ивановыми, Д. В. Наливкиным, М. С. Швецовым, М. Э. Янишевским, Л. С. Либровичем, С. В. Семихатовой, Д. М. Раузер-Черноусовой, А. П. Ротаем, В. Е. Руженцевым, О. Л. Эйнором и др. В Западной Европе важнейшие исследования выполнены английским учёным А. Воганом, немецким палеоботаником В. Готаном и др. В Северной Америке - Ч. Шухертом, К. Данбаром и др.
Подразделения. К. с. в СССР и некоторых др. странах (Китай, Япония) делится на 3 отдела. В Западной Европе принимается 2 отдела; при этом верхний отдел отвечает не только среднему и верхнему отделам, принятым в СССР, но и верхам нижнего отдела (намюрскому ярусу). В США нижний отдел К. с. в западноевропейском объёме (с включением низов намюрского яруса) рассматривается как самостоятельная миссисипская система, а верхний отдел - как пенсильванская система (см. табл.).
Схема стратиграфии каменноугольной системы
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Отделы* | Ярусы* | Восточно-Европейская | Донецкий | Западная Европа | Северная |
| | | платформа (надгоризонты, | бассейн | | Америка |
| | | горизонты, зоны) | (свиты, |------------------------------------------------------------------------------------------|
| | | | горизонты) | Отделы | Ярусы | Подъярусы | Системы |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Верхний | Оренбургский | | Daixina sokensis | P(C32) | Верхний | Стефанский | | Пенсильванская |
| С3 | С03 | |----------------------------------| | карбон | | | |
| | | | Triticites jigulensis | | | | | |
| |-----------------------| |-----------------------------------------------------| | | | |
| | Гжельский | | Triticites stuckenber- | O(C23) | | | | |
| | Cg3 | | gii | | | | | |
| | | |-----------------------------------------------------| | | | |
| | | | Triticites arcticus | N(C13) | | | | |
| | | | T. acutus, | | | | | |
| | | | Triticites montiparus | | | | | |
| | | | Obsoletes obsoletes | | | | | |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------| |---------------------------------------------| |
| Средний | Московский | | Мячковский | M(C72) | | Вестфальский | D | |
| С2 | Cm2 | | Подольский | L (C62) | | |--------------------| |
| | | | Каширский | K4-8(C52) | | | C | |
| | | | Верейский | | | | | |
| | | | | | | | | |
| |-------------------------------------------------------------------------------------------------| | |--------------------| |
| | Башкирский | | Мелекесский | J(C42)+K1-3 | | | B | |
| | Cb2 | | Черемшанский | (C52) | | | A | |
| | | | Прикамский | G(C22) + H | | | | |
| | | | | (C32) | | | | |
| | | | | F(C12) | | | | |
| | |-------------------------------------------------------------------------| |---------------------------------------------| |
| | | | Северокельтменский | E1-9(C51) | | Намюрский | C | |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | |--------------------| |
| Нижний | Намюрский | | Краснополянский | E1-3(C51) | | | B | |
| С1 | Cn1 | |----------------------------------| Cn 1a-d | | |--------------------| |
| | | | Протвинский | | | | B | |
| | |------------------------------------------------------| | | |------------------------------------------------|
| | | Серпухов- | Стешевский | | | | A | Миссисипская |
| | | ский |-----------------------------------------------------| | | | |
| | | | Тарусский | Cv1g | | | | |
| | | | | | | | | |
| |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| |
| | Визейский | Окский | Веневский | CV1f | Нижний | Визейский | Зоны | D3 | |
| | Cv1 | | Михайловский | | карбон | | | D2 | |
| | | | Алексинский | | (диинант) | | | D1 | |
| | |-------------------------------------------------------------------------| | | | S2 | |
| | | Яснополян- | Тульский | CV1e | | | | S1 | |
| | | ский | Бобриковский | | | | | C1 | |
| | |-------------------------------------------------------------------------| | | | | |
| | | Малинский | Радаевский | CV1a-d | | | | | |
| | | | Елховский | | | | | | |
| |-------------------------------------------------------------------------------------------------| |------------------------| |----------| |
| | Турнейский | Чернышин- | Кизеловский | Ct1d | | Турнейский | | .... | |
| | Ct1 | ский | Черепетский | Ct1c | | | | L | |
| | |-------------------------------------------------------------------------| | |--------------------| |
| | | Лихвинский | Упинский | Ct1b | | | Этрен | |
| | | | Малевский | Ct1a | | | | |
| | | | Заволжский | | | | | |
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
* Принятые в СССР.
Международного зонального расчленения ярусов К. с. не существует. В Западной Европе и морских отложениях СССР зональное расчленение используется только для нижнего отдела.
Общая характеристика. Отложения К. с. распространены на всех материках. Классические разрезы - в Западной Европе (Великобритания, Бельгия, ФРГ) и Восточной Европе (Донбасс, Московская синеклиза), в Северной Америке (Аппалачи, бассейн р. Миссисипи и др.). В К. п. взаимное расположение платформ и геосинклиналей оставалось таким же, что и в девонском периоде [см. Девонская система (период)].
На платформах Северного полушария К. с. представлена морскими отложениями (известняки, песчано-глинистые, часто угленосные осадки). В Южном полушарии развиты преимущественно континентальные отложения - обломочные и ледниковые (нередко тиллиты). В геосинклиналях распространены также покровы лав, туфы и туффиты, кремнистые грубообломочные осадки, флиш.
По характеру геологических процессов и палеогеографической обстановки К. п. почти на всём земном шаре подразделяется на два этапа: первый из них охватывает ранний карбон, второй - средний и поздний. На обширных площадях геосинклиналей среднего палеозоя в связи с герцинским складкообразованием морской режим после раннего карбона сменился на континентальный. На С.-В. Азии, Восточно-Европейской и Северо-Американской платформах море местами захватило недавно возникшие участки суши. К. п. принадлежит к числу талассократических: обширнейшие пространства в пределах современных материков были покрыты морем. Погружения и вызванные ими трансгрессии происходили на протяжении К. п. неоднократно. Наибольшие трансгрессии произошли в 1-й половине периода. В раннем карбоне море покрывало Европу (исключая Скандинавию и прилегающие районы), большую часть Азии, Северной Америки, крайний Запад Южной Америки, С.-З. Африки, восточная часть Австралии. Моря были преимущественно мелкими с многочисленными островами. Крупнейшим единым массивом суши была Гондвана. Заметно меньший массив суши простирался от Скандинавии через северную часть Атлантики, Гренландию и Северную Америку. Сушей была также центральная часть Сибири между рр. Леной и Енисеем, Монголией и морем Лаптевых. К среднему карбону море оставило почти всю Западную Европу, Западно-Сибирскую равнину, Казахстан, Среднюю Сибирь и др. районы.
Во 2-й половине К. п. в зонах герцинского орогенеза (Тянь-Шань, Казахстан, Урал, северо-западная часть Европы, Восточная Азия, Северная Америка) поднялись горные хребты.
Климат материков был разнообразным и изменялся от века к веку. Общей чертой его была высокая влажность тропического, субтропического и умеренного поясов, что способствовало широкому распространению на всех материках лесной и болотной растительности. Накопление растительных остатков, преимущественно в торфяниках, привело к образованию многочисленных угольных бассейнов и месторождений.
Принято выделение следующих фитогеографических областей, Еврамерийской, или Вестфальской (тропической и субтропической), Ангарской, или Тунгусской (внетропической), Гондванской (умеренного климата). Климат Еврамерийской области к концу К. п. стал более сухим, местами субаридным. Остальные области сохранили свою высокую влажность не только до конца К. п., но и в пермском периоде. Наибольшая влажность и оптимальные условия для торфонакопления (угленакопления) в Еврамерийской области были: в Большом Донбассе в конце раннего, в среднем карбоне, в Западной Европе - в намюре - вестфале, в Северной Америке - в среднем и верхнем карбоне, в Казахстане - в позднем визе - среднем карбоне. На юге Ангарской области (Кузбасс и др. впадины) интенсивный рост торфяников происходил со среднего карбона, а в Гондване - с позднего карбона до конца перми. Сухой климат в К. п. был характерен лишь для ограниченной территории. Например, в турнейский век одна из зон аридного климата протягивалась от Южного Казахстана через Тянь-Шань к Таримскому массиву. Впадины, отличавшиеся в этот век сухим климатом,. протягивались от Казахстана до Сибирского плоскогорья и низовьев р. Лены. Сильная и долговременная аридизация климата наступила в башкирском веке и продолжалась до перми-триаса в Казахстане, в районах от Тургайской до Тенизской и Джезказганской впадин; здесь образовались медные руды.
В турнейский век экватор (по палеомагнитным данным А. Н. Храмова) простирался через Чёрное море и Скандинавский полуостров, с визейского века до позднего карбона он проходил от Балканского полуострова на С.-З. Европы. Северный полюс в среднем и позднем карбоне располагался, видимо, к С. от устья р. Лены. Резко выраженные климатические контрасты между различными поясами устанавливаются со среднего - позднего карбона. Со среднего карбона часть территории СССР к В. от линии озера Балхаш - устье р. Енисей отличалась от расположенной западнее части умеренным климатом. На это указывает характер флоры и морской фауны. Лишь Сихотэ-Алинь, как и почти вся зарубежная Азия (исключая Монголию), принадлежал к поясу тропического и субтропического климата. На материке Гондваны (в Австралии, в Антарктиде) в среднем - позднем карбоне периодически возникал климат, способствовавший оледенению.
Магматическая деятельность проявлялась в виде излияний и интрузий в геосинклиналях - Уральской, Тянь-Шанской, Казахстанской, Монголо-Охотской и многих других - на территории Западной Европы, зарубежной Азии, Северной и Южной Америки, на В. Австралии. К. п. - один из периодов наиболее сильной магматической (в особенности интрузивной) деятельности, что тесно связано с апогеем герцинского орогенеза.
Органический мир. В самом начале периода во флоре преобладали мелколистные плауновидные (Lepidodendropsis, Sublepidodendron и др.), голосеменные папоротникообразные (птеридоспермы), примитивные членистостебельные и папоротникообразные (в основном прапапоротники). Ещё в раннем карбоне на смену примитивным плауновидным пришли крупные древовидные Lepidodendron и Sigillaria, особенно широко распространившиеся в среднем карбоне. В тропиках (Еврамерийская область) в среднем карбоне господствовали леса из высокоствольных плауновидных с большим количеством птеридоспермов (Neuropteris, Mariopteris, Alethopteris) и др. папоротников, каламитов и клинолистников (рис. 1). Севернее (Ангарская область) в раннем карбоне господствовали плауновидные, а в среднем - позднем карбоне - кордаиты и папоротниковидные. В Гондванской области в это время, видимо, уже была развита так называемая глоссоптерисовая флора, особенно характерная для перми. В фитогеографических областях умеренного климата наблюдалось сравнительно постепенное развитие флоры от среднекаменноугольной эпохи к ранней перми. Напротив, в тропиках в позднем карбоне местами под влиянием аридизации климата произошло коренное изменение растительности болотистых низменностей. Главными группами растений стали птеридоспермы и древовидные папоротники. На возвышенных местах распространились хвойные.
Моря К. п. изобиловали синезелёными водорослями (Beresella, Ungarella, Donezella и др.), в пресных водах - зелёные водоросли-углеобразователи Pila, Reinschia.
Животный мир К. п. весьма разнообразен (рис. 2). В морях были широко распространены фораминиферы, испытавшие быстрые эволюционные изменения на протяжении К. п. и давшие много десятков родов и тысячи видов. Важнейшим для стратиграфии является надсемейство фузулинид (См. Фузулиниды): в нижнем карбоне - Eostaffela, в среднем карбоне - роды Fusulina, Fusulinella и др., в верхнем карбоне - Triticites и др. Среди кишечнополостных всё ещё преобладали Ругозы (Caninia, Dibunophyllum, Lithostrotion и др.), Табуляты (Syringopora и др.), строматопороидеи. Были разнообразны моллюски (двустворчатые, брюхоногие), быстро эволюционировавшие головоногие аммоноидеи, особенно важные для сопоставления удалённых разрезов (в нижнем карбоне различные виды Goniatites, Eumorphoceras, в среднем Gastrioceras, в верхнем Uddenites и др.), а также Наутилоидеи. Некоторые двустворчатые (Carbonicola, Anthracomya и др.) существовали в сильно опреснённых лагунах и дельтах, что позволяет использовать их для стратиграфии угленосных толщ. В мелких морях были широко распространены плеченогие, особенно отряды Productida и Spiriferida. В раннем карбоне (визейский век) в Подмосковье, на Урале, Тянь-Шане изобиловали крупные толстораковинные Gigantoproductus, сильно изменчивые, жившие банками Striatifera и др., в среднем и позднем карбоне - многочисленные виды рода Choristites. Некоторые участки морского дна были особенно благоприятны для развития мшанок; преобладали представители семейства Fenestellidae (роды Polypora, Fenestella, Archimedes). Разнообразны членистоногие. Ещё продолжают существовать трилобиты, хотя и в небольшом количестве. Довольно много разных групп остракод. Из иглокожих обильно развивались морские лилии, членики которых слагают целые прослойки в толщах известняков, кое-где часто встречаются остатки морских ежей, редки бластоидеи.
Значительный эволюционный путь прошли разные классы позвоночных, особенно рыбы (морские и пресноводные). Развиваются костные рыбы, акуловые (Cladodus Stenacanthus и др.). На суше господствовали амфибии, стегоцефалы; рептилии были ещё редкими. Найдены остатки многочисленных насекомых (подёнки, стрекозы, таракановые), некоторые из них достигали гигантских размеров.
Биогеографическое районирование. Фитогеографические области - Ангарская, или Тунгусская (Сибирь, Восточный Казахстан, Монголия), и Еврамерийская (Северная Америка, Европа, Северная Африка, Анатолия, Кавказ, Центральный Казахстан, Средняя Азия, Китай, Юго-Восточная Азия), выделяются начиная с раннего карбона; в конце раннего карбона обособляется Гондванская область (Южная Америка, Южная Африка, Индия, Австралия, Антарктида), а с позднего карбона из Еврамерийской области выделяется Катазиатская область (Китай, Юго-Восточная Азия). Во всех схемах зоогеографического районирования выделяются северная внетропическая область (Северная Азия и часть Арктики), южная внетропическая область (Австралия, часть Южной Америки) и располагающаяся между ними тропическая область, в которую входил Тетис. В пределах этих областей, которым присваиваются разные названия, выделяется несколько провинций.
Отложение К. с. в СССР. Среди широко распространённых в СССР отложений К. п. различаются два основных типа разрезов и формаций - платформенный и геосинклинальный. Платформенный тип - на Восточно-Европейской платформе и в Восточной Сибири - в Тунгусской впадине. Геосинклинальный тип - в Донбассе, на Кавказе, Урале, в Тянь-Шане, Казахстане.
Разрез К. с. в Донецком бассейне является классическим по полноте, отличной обнажённости, обилию и разнообразию палеонтологических остатков. Нижний карбон здесь выражен известняками, средний и верхний - мощной (6-12 км) угленосной толщей: чередующимися слоями глинистых пород, песчаников, известняков и пластами углей. Интересны маломощные разрезы К. с. на Восточно-Европейской платформе, разнотипные толщи всех трёх отделов К. с. на Урале, в Тянь-Шане, Казахстане, на Алтае, в Кузнецком бассейне, в Тунгусской впадине, в Верхоянском хребте и Забайкалье. Под толщами более молодых отложений К. с. выстилает всю центральную и восточную части Восточно-Европейской платформы (и Днепровско-Донецкую впадину), значительную часть Западно-Сибирской и Туранской плит, большие площади в Тунгусской впадине и территорию к В. от р. Лены. В Московской синеклизе находятся стратотипы московского и гжельского ярусов, на Урале - башкирского яруса.
Полезные ископаемые К. с.: каменный и бурый уголь образуют на всех материках ряд бассейнов и месторождений, приуроченных к герцинским краевым прогибам и внутренним впадинам. В СССР бассейны: Донецкий (каменные угли), Подмосковный (бурые угли), Карагандинский (каменные угли), Кузнецкий и Тунгусский (угли К. с. и пермской системы); месторождения Украины, Урала, Северного Кавказа и др. В Центральной и Западной Европе известны бассейны и месторождения Польши (Силезия), ГДР и ФРГ (Рур), Бельгии, Нидерландов, Франции, Великобритании; в США - Пенсильванский и др. бассейны. К К. п. приурочены многие нефтяные и газовые месторождения (Волго-Уральская область, Днепровско-Донецкая впадина и др.). Известны также многие месторождения руд железа, марганца, меди (крупнейшее - Джезказганское), свинца, цинка, алюминия (бокситы), огнеупорных и керамических глин.
Лит.: Иванова Е. А., Хвор острова И. В., Стратиграфия среднего и верхнего карбона западной части Московской синеклизы, «Тр. Палеонтологического института АН СССР», 1955, т. 53, кн. 1; Атлас литолого-палеогеографических карт Русской платформы и ее геосинклинального обрамления [и объяснительная записка], ч. 1, М., 1960; Миклухо-Маклай А. Д., Верхний палеозой Средней Азии, Л., 1963; Атлас палеогеографических карт СССР. Каменноугольный период. [Карты и объяснительная записка], М., 1965; Геология угленосных формаций и стратиграфия карбона в СССР, М., 1965 (Международный конгресс по стратиграфии и геологии карбона, 5 сессия, Париж, 1963); Атлас литолого-палеогеографических карт СССР, т. 2, М., 1969; Геологическое строение СССР, т. 1, М., 1968; Проблемы стратиграфии карбона, М., 1970 (Труды Межведомственного стратиграфического комитета СССР, т, 4).
О. Л. Эйнор.
Палеогеографическая схема позднего карбона.
Рис. 2. Фауна каменноугольного периода. Фораминиферы: 1 - фузулина (Fusulina) - внешняя форма раковины, × 30; 2 - тритицит (Triticites) - поперечный срез, × 15. Головоногие моллюски - аммониты: 3, 4 - маратонит (Marathonites); 5, 6 - эоазианит (Eoasianites). Кораллы: 7 - колониальный коралл литостротионелла (Lithostrotionella) - поперечный срез; 8 - одиночный коралл амплексус (Amplexus). Мшанки: 9 - полипора - боковое сечение, × 11; 10 - полипора - внешний вид. 11 - Морская лилия кромиокринус (Cromyocrinus). 12 - Пластинчатожаберный моллюск аллорисма (Allorisma). Плеченогие моллюски - брахиоподы; 13 - хористит (Choristites mosquenesis); 14 - хористит - внутреннее строение створки; 15 - продуктус (Gigantoproductus); 16, 17 - продуктус (Antiquatonia) - видны иглы, которыми раковина прикрепляется к морскому дну.
Распространение флор каменноугольного периода.
Рис. 1. Растительность каменноугольного периода. Слева, среди зарослей папоротников, видны два больших лепидодендрона, левее их - молодой кордаит; в правом углу - побеги каламитов, за ними - крупный ствол сигиллярии; на втором плане - три прямые, как свеча, сигиллярии; вдали, на пригорке, - роща лепидодендронов.