Окаменевшая древесина раскрывает 300 миллионов лет тектонической истории Земли

Фото из открытых источников

Многие знакомы с окаменелой древесиной как с декоративным предметом из музейного магазина. Однако тот факт, что она способна сохранять геологическую историю целых регионов на протяжении миллионов лет, является новым открытием. Исследовательская группа под руководством геолога доктора Штеффена Трюмпера из Мюнстерского университета впервые продемонстрировала, что окаменелая древесина является природным архивом, из которого можно вывести геологическую историю целого региона на протяжении сотен миллионов лет. 

Полученные результаты расширяют ранее известные временные масштабы минерализации древесины. Они показывают, что окаменелая древесина может фиксировать историю проседания в геологическом бассейне и раскрывать тектонические события в масштабе сотен миллионов лет. В частности, исследование сосредоточено на Заальском бассейне, осадочном бассейне, образовавшемся около 300 миллионов лет назад на территории современной центральной Германии, породы которого являются одними из старейших в крупной Центрально-Европейской бассейновой системе. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Для своего анализа исследователи изучили окаменелую древесину из гор Киффхаузер на севере Тюрингии в Германии. Окаменелости, известные по меньшей мере с XVIII века, представляют собой стволы длиной до 20 метров, вкрапленные в речные красноцветные отложения — то есть красноватые отложения древних речных систем. Их цвет обусловлен наличием оксидов железа, что связано с теплым, сезонно сухим климатом. Стволы, засыпанные во время наводнений, происходят из тропических сухих лесов суперконтинента Пангея. В то время этот регион располагался близко к экватору. Около 300 миллионов лет назад здесь произрастали ныне вымершие родственники хвойных деревьев. 

Киффхаузер считается эталонным месторождением для типа отложений, которые неоднократно формировались в различных бассейнах по всей Европе. Вместе эти месторождения представляют собой одно из самых обширных скоплений окаменелой древесины в Северном полушарии. Эти породы относятся к числу древнейших отложений Центрально-Европейского бассейна, экономически значимой осадочной бассейновой системы, которая до сих пор содержит сырье, грунтовые воды и потенциал для использования геотермальной энергии.

Ключ к пониманию кроется в кварце, который проник в древесину и заместил её в процессе окаменения. Первоначально растворённая кремниевая кислота проникает в мёртвую древесину, формируя клеточные стенки и тем самым сохраняя мельчайшие анатомические структуры. За миллионы лет эти первоначальные кремнистые отложения в конечном итоге кристаллизовались в кварц, постепенно замещая исходную ткань. Исследование показывает, что сохранность этих окаменелостей гораздо сложнее, чем считалось ранее, с точки зрения структуры, геохимии и возраста фаз кварца. 

Исследовательская группа выявила пять последовательных поколений кремниевой кислоты. Каждое из этих поколений содержит информацию о температуре, давлении и составе растворов, из которых они образовались. Они документируют пять стадий, охватывающих период в 200 миллионов лет, от позднего карбона до раннего мелового периода. Если учесть последующее поднятие Земли на поверхность, этот период увеличивается до 300 миллионов лет. Это самая длинная задокументированная на сегодняшний день последовательность последовательных стадий минерализации древесины.

Для анализа этих «капсул времени» команда объединила множество методов. Используя катодолюминесценцию кварца, флюидные включения, изотопы кислорода и кремния, рамановскую термометрию, электронно-зондовый микроанализ и сканирующую электронную микроскопию, а также так называемое U-Pb датирование in situ — геохронологический метод определения возраста горных пород и минералов — были реконструированы пять стадий. «Крошечные флюидные включения в кварце оказались особенно показательными, поскольку они сохраняют информацию о точных условиях роста кристаллов», — объясняет Штеффен Трюмпер. Например, команда продемонстрировала, что части древесины когда-то находились на глубине от трех до пяти с половиной километров при температурах от 160 до 240 градусов Цельсия.

Полученные результаты имеют значение, выходящее далеко за пределы Киффхаузера. «Удивительно, что окаменелость, часто размером не больше ладони, воплощает геологическую историю целого региона, охватывающую сотни миллионов лет», — говорит Штеффен Трюмпер. «Пятиступенчатая последовательность минерализации никогда ранее не была задокументирована в окаменелой древесине. Поскольку окаменелая древесина встречается во многих горных породах по всему миру, это открывает ценный источник информации. Это дает науке новый инструмент для отслеживания эволюции континентов». 

Однако анализы показывают, что пригодность окаменелой древесины для анализа осадочных бассейнов зависит не столько от тектонической обстановки, сколько от климатических и седиментологических условий во время ее захоронения.