Ещё об окаменевших лесах

В продолжение статей о деревянных горах и не слишком молодых лесах.

Псевдоморфозы (так называют минералы, образовавшиеся при окаменении деревьев) находят во многих местах, разбросанных по планете. Причём, большинство псевдоморфоз связано, так или иначе, с деятельностью вулканов, продукты извержения которых становятся причиной высокого содержания минералов в подземных и наземных водах.

Окаменевший лес на сибирском острове

Я уже писала о каменных лесах на острове Новая Сибирь и лесах Аризоны, где площадь окаменевших лесов достигает порядка 1000 м2. Ещё одно крупнейшее скопление находится в районе Улугей-Хида (юг монгольской пустыни Гоби), где обломки деревьев залегают в отложениях нижнего мела и имеют возраст 100-130 млн. лет. Есть такие леса в Канаде, в Исландии и в Антарктиде.

Окаменевший лес в Монголии (члены советской экспедиции)

Древесную ткань замещают более 60 видов минералов. Чаще всего кремнезёмом (с образованием кварца, опала и халцедона) замещаются ткани именно хвойных пород деревьев, древесина которых ещё при жизни была полна кремнезёмных включений: в Аризоне и на Донбасе это араукариевые, на побережье Татарского пролива - кедры, кипарисы, сосны и ели, в Крыму и в Ульяновской области - кипарисы. В других местностях найдены деревья, ткани которых замещены иными минералами, например, фосфатами (керченит, фосфорид), сульфатами (целестин, барит), сульфидами (пирит,халькозин, марказит), карбонатами (доломит, кальцит, сидерит) и иными.

Монгольский древесный опал https://zh.mindat.org/photo-429819.html

13 деревьев возрастом чуть более 250 млн лет были в 2017 году обнаружены в Антарктиде. Это - не первая находка, однако она по-своему значима, потому что повествует о лесах южной окраины древнего материка Гондваны, от которого откололась Австралия, Южная Америка, Африка и куски Аравийского полуострова и Индостана.

Каменный лес Антарктиды

Растения тех мест были приспособлены к существованию в условиях полярной ночи (6 месяцев) и полярного дня. В дневной период они питались и вырабатывали для себя запасы на ночь, то есть, производили гораздо больше глюкозы, чем им требовалось для поддержания жизни. А зимой (зачёркнуто) ночью питались этими запасами. Для того, чтобы переключиться на другой режим существования, им хватало 1 месяца, тогда как нынешние деревья, не проживающие в тропиках, для перестройки на "спящий" режим затрачивают по нескольку месяцев.

Годовые кольца в ископаемом дереве раскрывают субтропическое прошлое Антарктиды https://www.bbc.com/

Гингко, переживший полярную ночь в эксперименте

Их родственник - переживший миллионы лет гингко, как оказалось, сохранил такой механизм. Когда поставили опыт, переведя его на длинный день и длинную ночь, днём он старательно, по-стахановски, вырабатывал и копил сладкое "сало", тратя его ночью. Но он, в отличие от родни, уже не может включать и выключать самостоятельно смену режима "день-ночь", как делали в те времена антарктические деревья. Так что, поиски окаменевших деревьев приносят не только удивление и любование, но ещё и новые знания.

Научные представления об этом процессе слагаются постепенно, в результате многочисленных изследований и опытов. Твёрдо на сегодняшний момент ясно, что для окаменения необходимы несколько факторов.

Захоронение

Фактор "захоронения" является одним из важнейших в сохранении древесины. При захоронении должны быть исключены быстрое гниение и углефикация - образование угля. Один из путей - погребение продуктами деятельности вулканов, когда деревья быстро и надёжно засыпаются плотным покровом пепла. Другой путь - падение деревьев в воду при оползнях берегового склона и погребение их береговым грунтом. Иногда погребение произходит путём погружения участков большой площади под землю и наполнением образовавшейся чаши водой.

Американские геологи Б. Бродрик и И. Смит описали классическое погребение на примере триасовой формации Чинл (нынешняя Аризона с её окаменевшим лесом), толща которой составляет 200 метров. Эта формация сложена из бентонитовых глин, образовавшихся из вулканического пепла, и большого количества пирокластических материалов. В результате мощных потоков селей и лахар (потоки грязи и камней) было смыто и погребено мгновенно огромное количество деревьев. Потоки принесли деревья в низкую болотистую часть северо-восточной Аризоны со склонов гор и плато, которые находились в 75-150 км к юго-западу и западу от территории Национального парка.

В периоды юры и мела эта часть территории опустилась, и поверх неё образовались осадочные породы, толща которых достигла 1100 м. Около 60 млн лет назад, в конце мелового периода началось формирование Скалистых гор. В результате стали обнажаться осадочные породы мела, юры и триаса. Большая часть из них оказалась смытой, и формация Чинл очутилась на поверхности.

Эрозия сформировала глубокие каньоны и овраги, из стенок которых торчат окаменевшие стволы деревьев. Поскольку сами стволы из-за окаменения стали плотными и тяжёлыми, они не смывались, и не уносились водой дождей, а скатывались по склонам и накапливались. Потому на территории Нацпарка имеется ныне 5 мест скопления обломков стволов: Чёрный лес, Радужный лес, Синяя гора, Яшмовый и Хрустальный леса.

Агатовый дом, построенный индейцами из каменного леса (состоял из 8 комнат и был не самым маленьким из дерево-каменных домов), реконструирована только одна комната

Напомню одну историю. В результате землетрясения в 1862 году в Байкал опустилась целая долина территорией 200 км2 (Селенгийский провал).

Активность минерализованных грунтовых вод

  Другой также важнейший фактор – это физико-химическая активность пород, заключающих в себе древесину, и активность грунтовых вод, циркулирующих в них. Ранее этот процесс объясняли просто: органическая ткань дерева пропитывается раствором кремнезема, скорее всего коллоидным, затем на стенки выкристаллизовывается опал и со временем преобразуется в халцедон, после чего, на следующем этапе преобразований он  метаморфизирует в кварц. Американец  Дж. Оэлер пробовал этот процесс смоделировать.

Окаменевший лес в Ностимо (Греция)

Изследователи отмечают, что образовавшийся кремнезём представляет собой точную копию тканей дерева, которую можно разсмотреть до мельчайших деталей на просвечивающихся шлифах. Причём, настолько детально, насколько позволяет это сделать разрешающая способность микроскопа (в случае, если кремнезём не претерпел перекристаллизацию).

Была даже выдвинута гипотеза, что древесина замещалась молекула в молекулу, что невозможно, поскольку молекулы опала и молекулы тканей древесины ни по формам, ни по размерам не близки.

Проблему фоссилизации решают учёные из разных областей наук.

"Окремнению могут подвергаться не только остатки высших растений, но даже бактерии. К примеру, в последние десятилетия в кремнистых породах обнаружился целый мир древнейших существ – бактерий и других микроорганизмов, замещенных окислами кремнезема. Возникло даже новое направление в науке – палеомикробиология. В протерозойских отложениях (570-2500 млн. лет) известно более 1000 местонахождений с остатками окремнелых микроорганизмов хорошей сохранности. Имеется два местонахождения с возрастом таких организмов 3 млрд. лет в Южной Африке и 3,5 млрд. лет в Западной Австралии. Это самые древние достоверные остатки погребенных живых существ на нашей планете.

Российским ученым (Крылов И.Н., Орлеанский В.К., Тихомирова Н.С.), детально исследовавшим окремнелые цианобактериальные клетки с помощью сканирующего электронного микроскопа, удалось проследить разные стадии окремнения: “Сначала внутрь клеточных оболочек и перегородок проникает раствор кремнезема, который осаждается там в виде мелких сферических глобулей и составленных из них островков неправильной формы. На следующей стадии кремневые “островки” сливаются в сплошную скорлупку, окружающую клетку. Наружная поверхность такой скорлупки гладкая и повторяет форму клеточной оболочки, а внутренняя – покрыта сплошным слоем сферических глобулей кремнистого минерала – опала. Внутри скорлупок заключаются остатки органической ткани, слагавшей клеточные стенки. Все это похоже на арматуру железобетонной конструкции.

После мощного шторма обнажился лес в Британии. Лесу 7 тыс. лет

На этом, собственно, и заканчивается образование кремнистых псевдоморфоз по органическим остаткам. В дальнейшем опаловые глобули заполняют пустоты между нитями и внутри них, и все это длится до тех пор, пока не образуется сплошная окаменелая порода. При изучении окремненных микроорганизмов ученые пришли к выводу, что кремнезем замещает в первую очередь именно плотные пленочные оболочки и перегородки. Причем все окремневшие организмы несут следы посмертных преобразований. Даже если оболочки клеток сохраняются хорошо, внутри клеток отчетливо видны комки и сгустки “сжавшейся” протоплазмы. Объясняется это тем, что у живых клеток оболочки и облекающие их слизистые чехлы препятствуют попаданию растворов внутрь клеточных тканей, которое возможно только после гибели клетки и разрушения ее защитных приспособлений.

При моделировании процесса окремнения в лаборатории ученые обнаружили, что лучше всего процесс окремнения протекает при температуре 20-25°С в среде, содержащей 0.9 г/л Si02. Уже на девятый день опыта были получены полностью окремнелые нити. Причем, кремнезем заместил в первую очередь оболочки и перегородки нитей, лишенных слизистого чехла и находящихся на разных стадиях посмертного разложения. Дальнейшая сохранность окремнелых клеток зависит уже от условий, в которых порода оказывалась в последующие миллионы лет геологической истории. Сначала происходило постепенное “обезвоживание”: водная окись кремния (опал) – переходила в тонкокристаллическую безводную двуокись кремния (халцедон), а при дальнейшей раскристаллизации – в скопление мелких кристалликов кварца.

Осадочная формация Чинле

...Решающими факторами, определяющими скорость преобразований, являются давление и температура. Так, при изучении остатков растений из отложений альбского яруса Украины ученые убедились, что в условиях платформ при низком давлении и температуре может не хватить и 100 млн. лет, чтобы опал перешел в халцедон. К примеру, абсолютно все докембрийские (600 млн. лет и более) кремнистые микрофоссилии сложены халцедоном.

Эксперименты показали, что при увеличении температуры и давления скорость преобразования окаменелых клеток резко возрастает. По данным Дж. Оэлера, при температуре 150°С и давлении 3 тыс. бар достаточно 250 часов, чтобы 82% опала превратилось в халцедон, а при температуре 300°С и том же давлении – всего 25 часов."

Отсюда

Литейными формами для "отливки" камня служат не только растения и микроорганизмы. Камень заполняет твёрдые ткани (кости, зубы, панцири) и более крупных представителей фауны, На Дальнем Востоке, неподалёку от Благовещенска обнаружены окаменевшие останки животных, проживавших в окаменевшем лесе, в том числе и динозавров, погибших в результате катастрофы. Благовещенский окаменелый лес до сих пор находится под толщей осадочных отложений.

Окаменевший лес времён верхнего палеоцена нашли в Анадыре во время палеонтологической экспедиции 2011 г. Прокладывая трассу в Забайкалье при выкопке карьера наткнулись на уголок окаменевшего 140млнлет назад тропического леса. Этих и множества других примеров, думаю, должно быть достаточно, чтобы понять, что леса росли везде, в разные времена. И что одной из форм их консервации и стало окаменение. Потому удивляться тому, что где-то на острове Новая Сибирь, вдруг обнажились каменные деревья, в наше время - весьма странно.

Поскольку условия захоронения лесов бывали и иными, то древние леса дошли до нас не только в форме окаменевших. Так в Венгрии обнаружили кипарисы, в клетках стволов которых агатов и опалов не оказалось. По крайней мере, в таком же количестве, что и в "нормальных" каменных лесах. Сведения об этом и многом другом постараюсь привести в следующих статьях.

P.S. Парочка фотографий от Евгения Нешина

Окаменевший лепидодендрум. Юг Красноярского края.