Морфология и онтогения минералов

Окаменелости / Fossils

Развитие минералов на органических остатках. Окаменелости

     Окаменелости, или биоморфозы (рус.: биоморфоза, англ.: biomorph, нем.: biomorphose) - псевдоморфозы минералов и их агрегатов по органическим остаткам животных (зооморфозa) или растений (фитоморфозa).
     Исходя из чего мы можем узнать о том, какие животные жили в доисторические времена, как они выглядели и какими путями шла эволюция животного мира? - Этим занимается интереснейшая наука, палеонтология. По находкам раковин моллюсков, костей рыб, частей скелета динозавров и других древних организмов, палеонтологи восстанавливают не только внешний вид и строение вымерших животных, но также возраст горных пород, в которых оказались захороненными органические остатки, условия на планете в разные геологические эпохи и многое другое. Кстати, кости динозавров, выставленные в палеонтологических музеях - это уже давно не кости, а камни в форме костей, так как костная ткань разрушилась и заместилась минеральным веществом миллионы лет назад, оставив т.наз. «окаменелости». Окаменелые кости возникли в результате насыщения костных останков древних животных минеральными веществами из водных растворов, которые постепенно заполняли поры и отлагали в них те или иные минералы на протяжении длительного периода фоссилизации (от англ. «fossil» - «ископаемое», «окаменелость»), при этом сохраняя внешнюю форму скелета и внутреннюю структуру тканей. Чаще всего находят ископаемые останки древних морских животных, потому что их останки, быстро погружаясь в илистое дно, подверглись надёжной консервации от разложения под действием бактерий наслоениями геологических осадков. Находят и оттиснутые на камне отпечатки твёрдых тканей в плотных осадочных породах.
     В осадочных породах органические остатки могут как в буквальном смысле замещаться минеральным веществом, так и играть роль своего рода активной затравки, на (вокруг) которой происходит концентрация и избирательное оcаждение тех или иных минералов. Так, в юрских глинах центральной России широко распространены пиритовые биоморфозы, пиритизированные раковины моллюсков, в частности аммониты, ростры белемнитов и др. А в залегающих под ними карбонатных породах каменноугольного возраста обычны биоморфозы кальцита и минералов его группы по раковинам древних моллюсков и стебелькам морских лилий, а также биоморфозы минералов группы кремнезёма (кварца, халцедона, опала) или кремня по одиночным и колониальным кораллам, мшанкам, раковинам моллюсков, иглам морских ежей, колониям водорослей и др. Часто находятся также останки организмов (раковины, кости), разные части которых замещены одновременно несколькими различными минералами.
     Аммолитом называют перламутровый слой ископаемых раковин аммонитов с иризацией в зеленых и красный тонах, находящий применение как редкий драгоценный камень. Добывается в восточных предгорьях Скалистых гор на территории США и Канады. В 1981 г. аммолиту был официально присвоен статус драгоценного камня, после чего началась его промышленная добыча в месторождении Bear paw («Медвежья лапа») на юге канадской провинции Альберта.
     Псевдофоссилии - ложные окаменелости. Естественные природные образования, которые, обладая структурой или минеральным составом неорганического происхождения, могут напоминать и быть принятым по ошибке за ископаемый органический остаток. Широко распространены, например, явления избирательного нарастания концентрически-зональных агрегатов кремнезема на поверхности ряда псевдоморфоз (Палеонтолог, будь бдителен! - интернет-публикация о ритмических агрегатах халцедона на рострах белемнитов, створках раковин брахиопод и тд).
      При более широком толковании термина к боиморфозам можно условно относить  ещё и многие конкреции, формирующиеся вокруг некоторого биогенного образования, создающего вокруг себя геохимическую среду,  благоприятную для осаждения минералов. Например, нахождение пирита в осадочных породах является признаком присутствия в них органики.

      По результатам исследований акад. Н.П. Юшкина (1966, 1968), роль микроорганизмов в образовании минеральных агрегатов может проявляться ещё на стадии образования кристаллических зародышей. В частности, в экзогенных условиях осуществляется микробиологический способ зарождения самородной серы, гётита (лимонита), манганита, тодорокита и некоторых других минералов; при этом минеральное вещество либо накапливается в клетке, полностью минерализуя и замещая её, либо либо выделяется клеткой во внешнюю среду в форме мельчайших кристалликов и стяжений. Например, на месторождениях, где идёт современное образование серы, клетки тиобактерий выделяют микроскопические, но уже вполне окристаллизованные кристаллы серы.
      Велика также роль клеток микроорганизмов как частиц-затравок, центров конденсации при зарождении минералов и образовании малых минеральных тел. Наряду с микробиологическим широко проявлен в природе и макробиологический путь минералообразования, связанный с высшими растениями и животными (кристаллизация минералов в растительных тканях, формирование раковин и скелетов, перламутра и жемчужин и мн. др.).
      Бескислородные условия способствуют накоплению органического вещества, которое участвует в микробиологическом восстановлении сульфатов по реакции: SO2- +  3C  +  2H2O  →  2CO32-  +  H2S . Это сопровождается понижением Еh, ростом рН и осаждением карбоната после насыщения воды бикарбонатными и карбонатными ионами. В результате, в частности, на стенках пустот бывших воздушными камерами в теле аммонитов, формируются друзовые корки кристаллов кальцита (см. на фото).
      В случае присутствия сероводорода ( H2S ), он осаждает из растворов железо почти полностью. Поэтому обычными спутниками, в частности, угленосных пород, - углистых сланцев, чёрных глин или бокситов, являются окаменелости в виде псевдоморфоз по органическим остаткам и(или) развивающиеся вокруг них конкреции таких сульфидов как пирит и марказит. Кристаллы этих минералов часто покрывают также стенки пустот в крупных окаменелостях и воздушных камер в аммонитах.

Полная биоморфоза кремнезёма по раковине Kozlowski asp. Из иллит-монтмориллонитовых глин кровли стратотипического разреза гжельского яруса.
Гжельский известковый карьер, ст. Гжель, Московская обл. Фото: Ю.В. Яшунский

Полная фитоморфоза кремнезёма по обломку стебля морской лилии. Из иллит-монтмориллонитовых глин кровли стратотипического разреза гжельского яруса. Гжельский известковый карьер, ст. Гжель, Московская обл. Фото: Ю.В. Яшунский

Силифицированное окаменелое дерево (окаменелый бук) из долины Иден, шт.Вайоминг, США

Медь по дереву, фитоморфоза. Ствол (ливанский кедр) из древней горной выработки,частично заместившийся самородной медью. Mavrovouni Mine, Cyprus, Кипр. Тусон-шоу-2009. Фото: rusmineral.ru

Аммонит «Аммолит» (Placenticeras costatum). Мезозой, Меловой период, Кампан. Карьер Корите, Альберта, Канада. Тусон-шоу-2016. Фото: Т.М. Павлова.

Аммонит 14 см, продольный срез. Нижний мел. Мадагаскар (Mahajanga, Madagascar). Источник:rusmineral.ru

Аммониты

Окаменевшая морская лилия (класс криноидеи, Crinoidea, - класс беспозвоночных морских животных).
Верхний триас, Китай. Ширина поля ~ 20 см. Фото: В.А.Слётов, выставка-ярмарка "Гемма-2009"

Прямораковинный головоногий моллюск из отряда ортоцератид. Карбон. Сохранилась жилая камера. Замещён кремнем, внутри конкреции кремня 20 см. Найдено в 2010 году на берегу р.Оки близ г.Серпухов Московской обл. Возможно, этот ортоцерас может быть отнесён к роду Dolorthoceras. // По современным представлениям род Orthoceras существовал только в ордовике. Однако Orthoceras - один из первых родов ископаемых головоногих моллюсков, выделенный еще в 18 веке. Тогда, на заре палеонтологии, к этому роду относили всех наутилоидей с прямой раковиной, включая представителей совершенно других отрядов (например Endocerida). Эта практика частично сохранилась до сих пор среди любителей и новичков в палеонтологии: часто любых наутилоидей с прямой раковиной, найденных в более молодых (от силура и выше) слоях определяют как Orthoceras. Во многом это связано со сложностью определения наутилоидей - многих представителей отрядов Orthocerida и Pseudorthocerida можно отличить друг от друга лишь по внутреннему строению сифона и фрагмокона, в срезах и шлифах.

Сталактитоподобные формы халцедона с кварцем, нарастание на реликтах ископаемых кораллов (Hawthorn Group, Oligocene-Miocene). Флорида.

Сталактитоподобные формы халцедона, напоминающие псевдосталактиты. Но в данном случае халцедон и кварц нарастали на реликтах ископаемых колониальных кораллов (Hawthorn Group, Oligocene-Miocene). Флорида, США [Tampa Bay, Tampa, Hillsborough Co., Florida].

Биоморфоза халькантита и атакамита по мышке. М-ние точно не известно, предположительно из шахты Гумешевского рудника, Урал. Минералогический музей им.А.Е.Ферсмана РАН, эксп. №1332

Белемниты рода Neohibolites, жившие в меловом периоде, находят в Южной Австралии (м-ние Coober Pedy), где сосредоточено около 30% мировых запасов опала. В Австралии часто встречаются опаловые окаменелости - не только ростры белемнитов и раковины различных моллюсков, но и кости и зубы динозавров, крокодилов, рыб и даже древних млекопитающих мелового периода. Такие окаменелости относятся к биоморфозам - частному случаю псевдоморфоз. Опал замещает собой ростры, раковины и кости живых существ, первоначально состоящие из кальцита, арагонита, реже апатита.