Древнейшие следы жизни. Неоархей – 2/4

Железная формация Хелен

2,750 млрд. лет. [Helen Iron Formation, Michipicoten Group, near Wawa, mine MacLeod, Ontario, Canada]

Железная формация Хелен, группа Мичипикотен, около г. Вава, шахта МакЛеод, Онтарио, Канада.

Железная формация Хелен формировалась в глубоких водах в присутствии обильных, но удаленных гидротермальных источников. Обломочные отложения интерпретируются как продукты эрозии продолжительных вулканических излияний.

Расположение шахты МакЛеод, где были найдены строматолиты	Вулканические породы железистой формации Хелен

Графитовая фация с интрузией (справа) железистой формации Хелен	Брекчиевый слоистый сланец, возле г.Вава, округ Алгома, Онтарио. © Norman King

Небольшие биогермы со сложными коническими строматолитами, относящиеся к типу Thyssagetes найдены в верхней части сидеритового рудного тела в шахте МакЛеод, в 4 км к северо-востоку от города Вава. В горизонтальном сечении они имеют круглый или многоугольный контур поперечником 2–20 см. В продольном сечении видны расположенные друг над другом выпуклые и изогнутые угловатые пластины. Формы пластин относительно недеформированы. Это первые строматолиты, найденные в сидерите.

Архейские строматолиты в сидеритовой руде, Вава, Онтарио	Позднеархейские строматолиты, найденные в сидеритовых рудах группы Мичипикотен, формация Хелен

Обнаружение строматолитов в сидеритовой фации (самой нижней) указывает, по крайней мере, на временную высоту в несколько десятков метров и тихие чистые воды ниже основы штормовой волны. Они относительно хорошо сохранили первичные структуры биологического осадка, которые ясно подтверждают морфологическое свидетельство биологической активности в мелководной, фотической зоне в позднеархейском бассейне, где накапливались карбонаты из группы Мичипикотен.

Формация Тумбиана

2,75–2,723 млрд. лет. [Tumbiana Formation, Fortescue Group, Mount Bruce Supergroup, бассейн Hamersley Basin, Australia]

Формация Тумбиана, группа Фортескью, супергруппа Маунт Брюс, бассейн Хамерсли, Северо-Западная Австралия.

Формация Tumbiana указана белыми стрелками	Холмы с пло­скими верши­нами, де­монст­ри­рующие оса­дочные и вул­ка­ни­че­ские по­роды группы Фор­тескью

	Озер­ные стро­мато­литы и во­ло­конная струк­тура слоев. На сред­нем фото бакте­ри­альные во­локна распо­ло­жены пуч­ками, на ниж­нем - верти­кально	Мелкая купольная форма

	Вид сверху показывает пересекающиеся куполообразные строматолиты	Вертикальное сечение, показывающее псевдостолбчатые строматолиты

Строматолитовые известняки на пути к Carawine Pool	Метровой высоты конические строматолиты и несогласно перекрывающий их речной гравий

Формация Тумбиана состоит из кварцитового песчаника, мелкозернистого вулканокластического песчаника, алевролита, сланца и незначительного количества строматолитового известняка. Мелководные обломочные породы отлагались в центре бассейна Хамерсли. Обильны микрофоссилии, явно биогенные строматолиты различного строения (шесть разных морфотипов). Строматолиты включают конические и куполообразные формы, не более чем 10 см высотой, и гладкие или пузырчатые матовые поверхности, видимые на большинстве плоскостей напластования, на которых также имеются следы ряби. Эти строматолитовые карбонаты подобны более толстым строматолитовым карбонатным юнитам в бассейне Северо-Восточной Пилбары (где, возможно, происходило озерное накопление осадков). Периодические следы высыхания, а также отсутствие морских отложений также подтверждают озерную среду. Лишь некоторые части формации Тумбиана могли отлагаться в морской среде.

A - Гладкие и волнисто-многослойные слоеобразные строматолиты; B - мощный слой перекрестно расроложенных слоев карбоната со следами ряби

C - ядро столбчатых строматолитов с рябью; D - тонкослойные, частично силикатированные онкоиды

Куполообразные строматолиты в вертикальном сечении	Куполообразные строматолиты вид сверху	Строматолитовый карбонат, перемежающийся с черными кремнистыми слоями. Пирит указан стрелками

Мелкозернистые карбонатные слои содержат широкое разнообразие строматолитовых морфологий. Биофации, интерпретируемые как мелкие подводные окружающие среды — во власти слоеобразных, малых выпуклых строматолитов, столбчатых и псевдостолбчатых строматолитов в куполообразных биогермах. Более глубокие фации включают конически многослойные столбчатые строматолиты и большие, от гладких до морщинистых, куполообразные биогермы в более мелкозернистых карбонатах. Слоеобразные строматолиты отличаются гладкими, волнистыми или морщинистыми слоистостями и встречаются в пластинчатых биогермах и биостромах. Слоеобразные строматолиты обычно инкапсулируют небольшие куполообразные биостромы. Длина волны колебание слоев 1–5 см и напоминает симметричную рябь поперечных слоев.

Сантиметровые куполообразные строматолиты характеризуются пластинками, достигающими максимума около центральной части строматолита. Они соответствуют Alcheringa narrina, хотя эта биофация включает также и другие малые почковидные и выпуклые строматолиты. Пластинки обычно гладкие, но могут также быть волнистыми. Большое количество особей располагается вместе и обычно образовывает ядро на таких поверхностях, как перекрывающиеся обломочные породы.

Конические строматолиты в поперечном сечении

Конические строматолиты, вид сверху

Вид сверху на строматолитовый горизонт из столбчатых строматолитов	Выход на поверхность крупной куполообразной формы строматолита	Поперечное сечение строматолитового известняка показывает пучки нитей (волокон)

Гигантская купольная форма	Асимметричная коническая форма	Образец стоматолита из Андалузского холма. Ветвящиеся столбчатые формы с округлыми верхушками, перекрытые сверху карбонатным песчаником

Столбчатые строматолиты — в целом меньше чем 10 см высоты, 1 см ширины и обладают очень небольшим сводным рельефом. Они имеют очень тонкие слои. Столбики вертикальные и однородные, без ветвления. Формы пластинок от слегка до умеренно выпуклых и до ромбических. Столбики не обильны и встречаются в небольших скоплениях и биогермах формации Тумбиана.

Субсферические биогермы псевдостолбчатых строматолитов — до 90 см в высоту и 20 см в ширину. Пластинки гладкие и иногда соединяются между столбцами. Эта биофация часто перекрывается вулканокластическим осадком с перекрещивающимися слоями и следами ряби.

Куполообразные, псевдоколончатые и ветвящиеся колончатые строматолиты, перекрытые морщинистыми отложениями, свита Meentheena		Куполообразные строматолиты

Образцы строматолитов из формации Тумбиана

Строматолит из свиты Meentheena, верхней части формации Тумбиана	Купола ископаемых строматолитов. © Kevin Lepot	Alcheringa narrina. Строматолит из локации Bea Bea Creek, формация Тумбиана

Морфогенетическая последовательность группы сохранившихся архейских когических строматолитов из формации Тумбиана. (а) - вертикальный разрез через конусы; (b) - увеличенный участок, отмеченный белым прямоугольником; (с) - маленькие, сантиметровых размеров конусы на обнажившейся поверхности, (d) - увеличенный участок

Конические многослойные столбчатые строматолиты становятся все более короткими и менее многочисленными по направлению к краям обнажения породы. Их диагностика близка к группе конических строматолитов Conophyton. Отдельные особи имеют 2–40 см в высоту, расположены примерно на одинаковых расстояниях друг от друга и обладают коническими пластинками со смещенной осевой зоной, неравными краями столбца и отсутствующим ветвлением. Детрит встречается в областях между строматолитами и в некоторых строматолитовых пластинках. Эта фация более глубоководная.

Микрофоссилии формации Тумбиана. r - тонкие прокариотические волокна с перегородками (бактерии или цианобактерии); s - широкие, укрытые оболочкой прокариотические волокна с септами (осциллаториевые цианобактерии)

Предполагается кислородный фотосинтез, потому что эти строматолиты образовывались в очень бедной на серу среде на базальтовом основании, где реагенты для другого типа метаболизма отсутствуют. Это убедительно доказывает существование фотосинтезирующих сине-зеленых водорослей. Два типа нитчатых цианобактерий — тонкие неветвящиеся перегородчатые прокариотные волокна диаметром 1–2 мкм и перегородчатые с оболочкой, с полусферической замыкающей клеткой диаметром 7–12 мкм (Lyngbya). Соотношение изотопов указывает на явно биогенное происхождение углерода.

Идентифицированы удлиненные (30–50 нм) нерегулярные частицы магнетита в кислотно нерастворимом осадке рекристаллизованых и частично силикатированных строматолитов из этой формации. Предполагается, что эти частицы были произведены магниточувствительными бактериями.

Вулканический комплекс Жутел

2,728–2,725 млрд. лет. [Joutel Volcanic Complex, Northern Volcanic Zone, Abitibi Subprovince, Quebec, Canada]

Вулканический комплекс Жутел, Северная Вулканическая Зона, субпровинция Абитиби, Квебек, Канада.

Породы и ландшафты вулканического комплекса Жутел

Устройство строматолитового рифа в формации Жутел	Расположение субпровинции Абитиби, в которой находится вулканический комплекс Жутел

Вулканический комплекс Жутел является неотъемлемой частью первого вулканического цикла Северной Вулканической Зоны в северной части субпровинции Абитиби кратона Верхнего озера, и представляет собой обширную, субаквальную, примитивную базальтовую равнину с рассеянными мафическими и кислыми комплексами, вместе определяющими разбросанную и зарождающуюся дугу. Массивные сульфидные отложения содержат цинк, медь, серебро и золото. Этот архейский комплекс образован в течение пяти вулканических фаз, связанных с процессами субдукции и происходивших на океаническом дне.

Строматолиты из формации Жутел

Окаменевший строматолит возрастом 2,7 млрд. лет, регион Жутел, Квебек, Канада

Самые древние окаменелости на востоке Северной Америки — это неоархейские строматолиты, найденные в Жутел. Они обнаружены в аллохтонных двухметровых блоках известняка в вулканической брекчии и турбидитных вулканокластических породах Вулканического комплекса Жутел. В перерывах между извержениями эти породы заселялись бактериями, образовывавшими конические строматолиты по соседству с активными гидротермальными источниками, но в неглубоких водах фотической зоны.

Строматолиты, которые включают Thyssagetacean и псевдостолбчатые формы, представляют сообщество, которое первоначально сформировалось в биогермах или биостромах в мелких водах на затопленных вулканических сооружениях и было затем транспортировано на большие глубины.

Формация Маддина

2,715–2,69 млрд. лет. [Maddina Formation (Bunjinah), Fortescue Group, Mount Bruce Supergroup, Australia]

Формация Маддина, группа Фортескью, супергруппа Маунт Брюс, Австралия.

Переотложенные кислые вулканические туфы. Свита Kuruna

	Обломок породы со строматолитом, свита Куруна из формации Маддина		Строматолит из горизонта Куруна

Формация Маддина несогласно залегает на свите Meentheena формации Тумбиана и состоит из базальтовых и осадочных пород. Подушечные базальты, базальтовый андезит и брекчия с тонкими включениями вулканокластического песчаника и кремнистого сланца. Строматолитовые карбонаты перемежаются в формации Маддина с песчаниками. Многочисленные сланцевые тела интерпретируются как отложения гидротермальных источников. Столбчатые строматолиты содержатся в этих черных сланцах. Особенно много их в свите Куруна. Свита Kuruna несогласно лежит на базальтах в середине формации Маддина. Она содержит конгломераты и черный кремнистый аргиллит.

Найдены также биомаркеры (клеточные макромолекулы, трансформированные в стойкие геолипиды при температуре 200–300°C), которые указывают на присутствие цианобактерий.

Нити, образованные небиологическим путем при растворении кремния в присутствии органических включений

В углистой материи обнаружены нити микрометровых размеров, позволяющие предположить в них биогенные структуры. Нити имеют диапазон размеров и морфологию, подобные таковым у некоторых современных нитевидных железобактерий, и у некоторых древних волокнистых структур, интерпретируемых как микроокаменелости. Однако микроструктура и распределение углистой материи наводят на размышления о небиологическом происхождении этих  нитей. Они типичны для следов, связанных с локальным растворением кварцевой матрицы в присутствии органических соединений, найденных в керогене.

Формация Клиппан

2,715 млрд. лет. [Klippan Formation (incl. Kameeldoorns & Rietgats), Platberg Group, Ventersdorp Supergroup, Mpumalanga Province, South Africa]

Формация Клиппан (включает прежние формации Камеелдоорнс и Риетгат), группа Платберг, супергруппа Вентерсдорп, провинция Мпумаланга, Южная Африка.

	Стратиграфия формации Клиппан, включающей в себя Камеелдоорнс и Риетгат	Формация Клиппан (Риетгат) поблизости от Sanddrif

	Сильно рекри­сталли­зуе­мый по­рис­тый светло-се­рым до­ло­мит с тек­сту­рами ре­ликто­вых стро­мато­ли­тов. Сверху  плот­ный, мелко­зерни­стый тем­ный до­ло­мит	До­ло­мит пе­ре­слаи­ва­ется с ре­лик­тами темно-се­рого стра­тифи­ци­ро­ван­ного стро­мато­лита	Небольшие, соединенные краями куполообразные строматолиты, сформировавшиеся в небольших озерах

Формация Клиппан. Отпечатки капель дождя на мягкой поверхности осадка

Вулканоосадочные породы, конусы выноса, содержащие сланцы, мергель, карбонатные отложения, включающие строматолитовые биогермы. В формации Клиппан  имеются многослойные и столбчатые строматолиты с обильным кремнистым сланцем и кварцем, псевдоколончатые строматолиты.

Мегакупольные строматолиты в доломитовой формации возле г.Саби, провинция Mpumalanga

Доминирующим типом фаций являются стратифицированные и столбчатые строматолиты с небольшим количеством куполообразных и имеющих многочисленные окна строматолитами, обломочными породами и тонкие включения углистого сланца. Стратифицированные строматолиты — безусловно, самые обильные, характеризованные сморщенными и складчатыми слоями. Куполообразные строматолиты образовались в озерных мелководьях, временных водоемах и приурочены к верхней части формации (бывшая формация Риетгат). Строматолиты достигают высоты 5 см и перемежаются со сланцами и другими отложениями. Небольшие, соединенные краями строматолиты являются эллиптическими при виде сверху и ориентированы в основном с запада на восток, указывая, что древняя береговая линия простиралась с севера на юг. Некоторые строматолиты принадлежат к роду Gruneria.

Формация Ботавиль

2,710 млрд. лет. [Bothaville Formation, Pniel Group, Ventersdorp Supergroup, Kaapvaal, South Africa]

Формация Ботавиль, последовательность Пниел, супергруппа Вентерсдорп, кратон Каапвааль, Северная Капская провинция, Южная Африка.

Стратиграфия формации Ботавиль	Река Вааль в окрестностях Ботавиля	Порода ваке из формации Ботавиль. cc - кальцит, qtz - кварцит

Нижняя формация группы Пниел, которая, в свою очередь, является последней частью группы Вентерсдорп. Последовательность обломочных осадочных пород (песчаники, кварциты, локальные конгломераты, темные сланцы, небольшое количество вулканических пеплов) мощностью 390 м. Отложения недеформированные, только слегка метаморфизированные. Формация Ботавиль содержит конические строматолиты, развившиеся, очевидно, в озерных условиях.

Область Калче

2,70 млрд. лет. [Kalche area, Shimoga Schist Belt, Dharwar Supergroup, South India]

Область Калче, сланцевый пояс Шимога, супергруппа Дхарвар, Южная Индия.

Обогащенные изотопом кислорода О¹⁸ сланцы из Южной Индии

Самая северная часть супергруппы Дхарвар. Почти неметаморфизированные сланцы и карбонаты. Соотношение изотопов кислорода в области Калче указывает на температуру океана 40°C, что вполне благоприятно для существования бактерий. Мелководье. Строматолитовые сланцевые доломиты обогащены марганцем. Строматолиты различного строения развивались ниже приливно-отливной зоны морей Дхарвар или на самой ее границе. Некоторые формы строматолитов сопоставимы с куполообразными видами из формации Ванивилас. Встречаются также активно и пассивно ветвящиеся столбчатые строматолиты.

Формация Джолдхал

2,70 млрд. лет. [Joldhal Formation, Shimoga Schist Belt, Chidradurga Group, Dharwar Supergroup, South India]

Формация Джолдхал, сланцевый пояс Шимога, группа Чидрадурга, супергруппа Дхарвар, Индия.

Обнажение пород на водопадах в сланцевом поясе Шимога	Прорисовка группы строматолитов	Голотип Batiola indica. Шахта Kumsi в сланцевом поясе Шимога

Формация Джолдхал является литостратиграфическим эквивалентом области Калче и формации Ванивилас в западной части кратона Дхарвар. Формация развивалась ниже приливной зоны. Железные полосчатые формации, осадочные известняки, доломиты со строматолитами различного строения. Известны слоистые и нерегулярные водорослевые маты.

Строматолиты развивались в свите сланцевых доломитов. В марганцевых шахтах Kumsi чашеобразные строматолиты встречаются на трех уровнях, переслаиваясь со сланцевыми доломитами. Строматолиты типа Stratifera развивают здесь псевдоколончатые структуры как в кремнистых сланцах, так и в доломитах. Метаморфизация была не очень сильной, однако породы, содержащие строматолиты были повернуты до вертикального положения, а сами строматолиты заметно сжаты.

Формации Деогири и Донималай

2,70 млрд. лет. [Deogiri Formation, Donimalai Formation, Dharwar Supergroup, Sandur Schist Belt, Karnataka, India]

Формации Деогири и Донималай, супергруппа Дхарвар, пояс Сандур, Карнатака, Индия.

	Геологическая карта кратона Дхарвар, показывающая архейские сланцевые пояса	Геологическая карта сандурского сланцевого пояса, показывающая расположение черных сланцев

Окрестности Деогири

Восточная часть кратона Дхарвар, две его средние формации. В формации Деогири внизу расположены конгломераты неизвестного происхождения, а выше идут слои кварцита. Некоторые из них имеют следы ряби на поверхности и, очевидно, на них происходило отложение строматолитовых карбонатов. Эти строматолитовые слои перемежаются с аргиллитами. Микробиота отмечена в карбонатных и сланцевых отложениях. Значения изотопов углерода в графитах строматолитовых слоев составляет –26‰, что означает содержание в них органической материи. Куполообразные строматолиты.

Формация Донималай	Полосчатая железистая порода из формации Дониламай

Хотя ископаемые микробиальные сообщества состоят из значительно разложившихся поверхностей матов, также присутствуют некоторые хорошо сохранившиеся структурно минерализованные трихомы. Электронное сканирование отмечает присутствие углерода по краям некоторых нитей. Отмечена более высокая концентрация кислорода, чем это прежде отмечалось для архейских морских вод. Предположительно это свидетельствует о том, что этот кислород был произведен в результате фотосинтетической активности бактериального биоценоза.

Выше расположена формация Донималай сандурского сланцевого пояса. Она состоит, главным образом, из нескольких типов вулканических пород и последовательности перемежающихся железистых формаций, сланцев, черных и карбонатных сланцев. Присутствовали вулканические гидротермальные источники. Фация черных сланцев содержит хорошо сохранившиеся минерализованные фоссилии цианобактерий. Эти фации имеют форму линз или полос. Также несколько слоев частично рекристаллизованных сланцев и железистых сланцев содержат минерализованные цианобактериальные волокнистые структуры. Ширина этих волокон не более 10 мкм. Эти волокна бывают заполнены гематитом или кварцем. Клеточные стенки видны во многих волокнах, но органический материал найден лишь в некоторых из них. Нитчатые структуры найдены как в мелкозернистых, так и грубозернистых частях сланцев, но в последних они более многочисленны. Эти минерализованные нитчатые тела бледно-желтые и коричневые. Расположение микрофоссилий не демонстрирует никакой ориентации. Сланцы, из которых они были извлечены, не демонстрируют развитие строматолитовых структур, хотя в более древней формации Деогири  они хорошо развиты.

Оптические фотографии структурно сохранившихся трихом из черных сланцев формации Дониламай. A и C - Phormidella sandurense; B и D - Phormidella  tenue

Состояние сохранности не позволяет определенно соотнести каждую форму или структуру с определенными таксонами. Две из них ясно сопоставимы с современными формами вроде Phormidium из-за их извилистой природы. В виду отсутствия какой-либо оболочки, роды Oscillatoria  и Lyngbya исключены из рассмотрения. Таким образом, эти два экземпляра отнесены к новому ископаемому видам Phormidella sandurense и Phormidella  tenue. Его трихомы извилистые, однорядные, неветвящиеся, перегородчатые, имеют конические терминальные клетки, оболочка отсутствует, клетки трихом могут быть квадратными, прямоугольными или цилиндрическими. Длина до 250–400 мкм. Клетки трихомы имеют ширину 6–15 мкм и длину 8–25 мкм.

Найдены также микросфероиды, представляющие собой коккоиды примитивных гормогониевых бактерий типа Eosphera tyleri. Линзы толщиной 0,5–10 м в сланцах с микрофоссилиями состоят из карбоновых филлитов со значением изотопов углерода –26‰.

Формация Манджери

2,706–2,698 млрд. лет. [Manjeri (Manjiri) Formation, Ngesi Group, Bulawayan Supergroup, Belingwe Greenstone Belt, Zimbabwe]

Формация Манджери, группа Нгеси, супергруппа Булавайо, зеленокаменный пояс Белингве, Зимбабве.

Граница несогласности у основания формации Манджери	Окаменевшие следы морской ряби

Тектонические складки слоев формации Манджери	Верхние породы формации Манджери

Формация Манджери — это самая нижняя часть последовательности Белингве. Слабо матаморфизированные вулканоосадочные породы — конгломераты, береговые песчаники, содержащие строматолиты известняки, турбидиты. Отлагались осадки на мелководном шельфе в континентальном бассейне, имеются следы воздействия приливов и штормов. Строматолиты найдены в горизонте Spring Valley, самой нижней части формации.

	Не­со­гласный кон­такт ме­жду то­на­ли­том из гней­со­вого ком­плекса Ша­бани 3,5 млрд. лет и форма­цией Манд­жери 2,7 млрд. лет, зе­ле­но­ка­менный пояс Бе­лингве	Строматолиты формации Манджери, группа Нгези в зеленокаменном пояса Белингве, Зимбабве

Локально развитые псевдоколончатые строматолиты составляют незначительную часть последовательности, которая главным образом содержит богатые органикой черные сланцы, связанные с обогащенными сульфидом слоями. Присутствуют гидротермальные источники. Соотношение изотопов углерода и серы в сланцах, кремнистых сланцах и строматолитах формации Манджери говорит о наличии фотосинтезирующих цианобактерий, а также метаногенных и метанотрофных бактерий. Широкий диапазон значений изотопов серы свидетельствует о нескольких различных метаболических процессах, что требует одновременного присутствия сульфатредуцирующих и сульфидоокисляющих бактерий, образовывавших сложный экологический комплекс бактерий и архей.

Группа Званкендаба

2,702–2,696 млрд. лет. [Zwankendaba Group, Bulawayan Supergroup, Zimbabwe]

Группа Званкендаба, супергруппа Булавайо, Зимбабве.

Органическая микроструктура из строматолита, Званкендаба, Булавайо, Зимбабве

Полосчатая железная формация, конгломераты. Низкая степень метаморфизма позволила хорошо сохраниться первоначальным структурам в известняках. Известняки группы Званкендаба содержат куполообразные строматолиты. Эти водорослевые породы считаются одними из древнейших таких отложений.