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)        |                |                        |                    |                          |

        |               | C^g₃                 |                   | gii                             |                  |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   |-----------------------------------------------------|                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   | Triticites arcticus       | N(C¹₃)        |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   | T. acutus,                  |                  |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   | Triticites montiparus   |                  |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   | Obsoletes obsoletes   |                  |                |                        |                    |                          |

        |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|                |---------------------------------------------|                          |

        | Средний | Московский    |                   | Мячковский              | M(C⁷₂)        |                | Вестфальский | D                 |                          |

        | С₂          | C^m₂                 |                   | Подольский              | L (C⁶₂)        |                |                        |--------------------|                           |

        |               |                       |                   | Каширский                | K_4-8(C⁵₂)     |                |                        | C                 |                          |

        |               |                       |                   | Верейский                |                  |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   |                                 |                  |                |                        |                    |                          |

        |               |-------------------------------------------------------------------------------------------------|                |                        |--------------------|                           |

        |               | Башкирский   |                   | Мелекесский             | J(C₄₂)+K_1-3  |               |                        | B                 |                          |

        |               | C^b₂                 |                   | Черемшанский          | (C⁵₂)          |                |                        | A                 |                          |

        |               |                       |                   | Прикамский              | G(_C22) + H  |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   |                                 | (C³₂)          |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   |                                 | F(C¹₂)        |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |-------------------------------------------------------------------------|                |---------------------------------------------|                          |

        |               |                       |                   | Северокельтменский | E_1-9(C⁵₁)     |                | Намюрский     | C                 |                          |

        |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|                |                        |--------------------|                           |

        | Нижний  | Намюрский    |                   | Краснополянский      | E_1-3(C⁵₁)     |                |                        | B                 |                          |

        | С₁          | Cⁿ₁                 |                   |----------------------------------| Cⁿ ₁a-d       |                |                        |--------------------|                           |

        |               |                       |                   | Протвинский             |                  |                |                        | B                 |                          |

        |               |                       |------------------------------------------------------|                  |                |                        |------------------------------------------------|

        |               |                       | Серпухов-   | Стешевский              |                  |                |                        | A                 | Миссисипская    |

        |               |                       | ский            |-----------------------------------------------------|                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   | Тарусский                 | C^v₁g           |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   |                                 |                  |                |                        |                    |                          |

        |               |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|                          |

        |               | Визейский      | Окский        | Веневский                | C^V₁f           | Нижний   | Визейский       | Зоны | D₃     |                          |

        |               | C^v₁                 |                   | Михайловский           |                  | карбон     |                        |         | D₂     |                          |

        |               |                       |                   | Алексинский             |                  | (диинант) |                        |         | D₁     |                          |

        |               |                       |-------------------------------------------------------------------------|                |                        |         | S₂     |                          |

        |               |                       | Яснополян- | Тульский                   | C^V₁e          |                |                        |         | S₁     |                          |

        |               |                       | ский            | Бобриковский           |                  |                |                        |         | C₁     |                          |

        |               |                       |-------------------------------------------------------------------------|                |                        |         |         |                          |

        |               |                       | Малинский  | Радаевский              | C^V₁a-d        |                |                        |         |         |                          |

        |               |                       |                   | Елховский                |                  |                |                        |         |         |                          |

        |               |-------------------------------------------------------------------------------------------------|                |------------------------|         |----------|                          |

        |               | Турнейский    | Чернышин-  | Кизеловский             | C^t₁d           |                | Турнейский     |         | ....    |                          |

        |               | C^t₁                  | ский            | Черепетский             | C^t₁c           |                |                        |         | L       |                          |

        |               |                       |-------------------------------------------------------------------------|                |                        |--------------------|                           |

        |               |                       | Лихвинский | Упинский                  | C^t₁b           |                |                        | Этрен          |                          |

        |               |                       |                   | Малевский                | C^t₁a           |                |                        |                    |                          |

        |               |                       |                   | 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.