Не весь растворенный фосфат в зонах апвеллинга потребляется организмами: часть его реагирует с бикарбонатом и оседает в виде минеральных корок и конкреций франколита [упрощенная формула — Ca5[PО4, CO3)3F]. Этот процесс происходит на глубине 300–400 м, на переходе от внешнего шельфа к континентальному склону при насыщении поровых растворов ионами Са2+ и РО43–. Именно к таким глубинам привязаны в большинстве своем фанерозойские залежи фосфоритов. Эдиакарско-кембрийские — другие. Они формировались в весьма мелководных условиях — там, где образовывался доломит, перекатывались валы оолитовых песков, накапливались ракушняки (кембрий), обитали цианобактерии и водоросли или росли строматолиты (рис. 15.1), что, в общем-то, неудивительно, ведь сероводородный слой был тогда намного ближе к поверхности. Все эти отложения тоже стали фосфатными в результате последующей циркуляции минеральных растворов. (Лишь микроструктура раковин и повышенное содержание в них кальция и магния свидетельствуют о первично арагонитовом или магнезиально-кальцитовом составе.) А строматолиты, видимо, сразу фосфатными и росли: в них нередко сохраняются остатки биоматов и бактериальных клеток, которые, как мы уже знаем, могли способствовать садке разных минералов, включая фосфатные.
Крупнейшие эдиакарско-кембрийские месторождения известны в Южном Китае, Вьетнаме, Монголии, Южной Сибири, Казахстане, Индии, Пакистане, Иране, Омане, Западной Африке (от Алжира до Сенегала и Буркина-Фасо), Бразилии, Австралии. Все эти регионы располагались на периферии большого южного материка Гондваны, который состоял из Африки, Индийского субконтинента, Южной Америки, Австралии и Восточной Антарктиды: одни — на континентальном шельфе самой Гондваны, другие — на небольших массивах (микроконтинентах) и даже отдельных подводных горах между Гондваной и Сибирью. Ныне останцы микроконтинентов впаяны в горные массивы Монголии, Казахстана и Южной Сибири. Механизм апвеллинга, конечно, мог бы работать на подводных горах, некоторых микроконтинентах и в отдельных областях Гондваны. Но отнюдь не везде одновременно. Более того, повышенное содержание фосфата, а также скопление фосфоритовых конкреций и наличие тонких фосфатных пластов отмечается и там, где промышленных залежей фосфоритов нет: в Западной Европе (это, впрочем, тоже периферия Гондваны), Балтии (Северная и Восточная Европа), Авалоне (древний континент, включавший самые восточные части Северной Америки, Уэльс и Англию) и Лаврентии (остальная Северная Америка, Шотландия и часть Шпицбергена).
Отчасти своеобразие эдиакарско-кембрийского фосфатонакопления было связано с недавно закончившимися оледенениями: таяние крупных масс льда всегда приводит к сбросу в океан больших объемов биогенных элементов, миллионами лет скапливавшихся во льду в виде пыли. Не могло не сыграть свою роль и формирование Гондваны: в результате коллизии южноамериканских и африканских кратонов 650–590 млн лет назад появился внушительный Панафриканско-Бразильский суперхребет (6000 км длиной при ширине 400–800 км), а затем (580–515 млн лет назад) на стыке Африки с Аравией, Индией и Антарктидой — не менее протяженный Трансгондванский (8000 км длиной и до 1500 км шириной). Образовалось и несколько хребтов поменьше. Высокие темпы роста и одновременно эрозии горных массивов выявляет ползущая вверх изотопная подпись стронция, сопоставимая с аналогичной кайнозойской, отражающей вздымание Гималайско-Тибетского плато. Из продуктов разрушения только Трансгондванского хребта могло получиться 10 × 1010 м3 осадочных пород — достаточно, чтобы покрыть 10-метровым слоем, скажем, площадь современной Сибири. Кислые магматические горные породы, слагавшие ядра этих горных массивов, тоже служили источником фосфата, вымывавшегося в результате их выветривания. Наконец, история с доломитами показывает, что океан был по большей части закисный с низким содержанием сульфатов (рис. 13.2а, в, и). А ведь именно активные сульфаты препятствуют не только осаждению доломита, но и фосфатных минералов: вместо франколита из раствора выпадают гипс и ангидрит, забирающие ионы кальция.
Изучение состава фосфоритов того времени показало, что фосфор попадал на дно не только с органическим веществом (уж больно много фосфора накопилось — столько в органике нет), но и на «железном шаттле». Оксигидроксид железа (FеОOH) связывал ортофосфат-ионы и увлекал их на глубину. В бескислородном водном слое фосфат высвобождался (так как FеОOH реагировал с HS—), концентрировался, и, поскольку этот слой находился недалеко от поверхности, любой подъем вод (т. е. формально опять же апвеллинг), особенно высокий прилив, приводил к насыщению мелководья фосфатом. Поскольку эта зона океана была сероводородной, здесь при окислении сульфида возникал избыток Н+, водный слой подкислялся и фосфатные минералы получали преимущество над карбонатом кальция. И на границе окислительно-восстановительных обстановок росли фосфатные корки, образовывались конкреции и происходила фосфатизация остатков организмов. Кроме того, как показали эксперименты, присутствие таких остатков ускоряло осаждение аморфного фосфата, который позднее кристаллизовался.
Однако в формировании и современных, и, вероятно, древних фосфоритов существенную роль играли нитчатые серные бактерии, плотные скопления которых покрывают тысячи квадратных километров континентального шельфа на краю окислительной и восстановительной зон. В кислородной среде они запасают для своих нужд NO3— и РО43–, а затем на длительное время перебираются в сероводородную обстановку, где для удержания нитрата и полифосфата используют энергию, полученную при окислении HS— до S0. После отмирания микробов гидролиз бактериального полифосфата ведет к быстрому осаждению франколита, кристаллы которого покрывают и чехлы самих бактерий, и остатки других организмов. Например, поселения современных гигантских бактерий тиомаргарит (Thiomargarita) в зонах апвеллинга способны накопить 0,05 кг фосфора на 1 кг сухого осадка, что соответствует месторождениям с 25 %-ным содержанием фосфата. Правда, это не нитчатая бактерия, а в эдиакарских фосфоритах встречаются именно фосфатизированные нитевидные чехлы с включениями серы.
С усилением аэрации океана в кембрийском периоде отложений фосфоритов становилось все меньше (они практически исчезли около 500 млн лет назад), фоновое содержание фосфата в отложениях сократилось в 8 раз, прекратилась и фосфатизация органических остатков.
Но прежде всеобщая фосфатизация всех и всего вызвала еще одно небывалое явление, которого не было ни до, ни после, — образование несметного числа фосфатных слепков. Эти слепки, своего рода посмертные маски, запечатлели не только внешний вид вымерших организмов, но их внутреннее строение вплоть до отдельных клеток и даже субклеточных структур — ресничек, некоторых органелл. Случилось это благодаря быстрому развитию микрокристаллов (менее 1 мкм длиной) франколита на органическом субстрате, в том числе на клеточных оболочках. В юрских, меловых и кайнозойских отложениях, в третью фазу фосфоритообразования, тоже возникали фосфатные слепки организмов с великолепно сохранившимися деталями тканевого и клеточного строения, но все это были достаточно крупные животные — рыбы, морские ящеры, птерозавры. Их распадающиеся ткани, наверное, и служили источником фосфата, как почти два века назад предположил Бакленд. Размеры же кембрийских и особенно эдиакарских ископаемых редко превышали 1 мм. Это могли быть даже эмбрионы и одноклеточные существа. Зато их число и масса в миллиарды раз превосходили любые скопления фосфатных слепков последующих периодов.
