Формация Форт-Юнион

Формация Форт-Юнион — это геологическое образование (осадочный бассейн), сложенное преимущественно песчаниками, алевролитами и глинистыми сланцами, распространённое на территории штатов Вайоминг, Монтана, Северная Дакота, Южная Дакота и Небраска (США). Формация сформировалась в позднем меловом и палеоценовом периодах (около 70–55 миллионов лет назад) и известна богатыми залежами угля, а также многочисленными окаменелостями позвоночных, включая динозавров, млекопитающих и рептилий. Название получила по форту Форт-Юнион (историческому военному посту) в штате Северная Дакота.

Геологическое строение и стратиграфия

Формация Форт-Юнион залегает на отложениях формации Хелл-Крик (Hell Creek Formation) и перекрывается формацией Уилвуд (Willwood Formation) или формацией Уосатч (Wasatch Formation). Её мощность варьируется от 100 до 600 метров, достигая максимальных значений в центральной части бассейна Паудер-Ривер (Вайоминг).

Литологический состав

Формация представлена переслаивающимися континентальными осадками:

• Песчаники — кварцевые и полевошпатовые, часто с примесью глинистого материала, образуют русловые фации древних рек.
• Алевролиты и аргиллиты — тонкозернистые породы, отлагавшиеся в пойменных условиях.
• Угольные пласты — многочисленные (до 30–40 пластов в разрезе) слои бурого и каменного угля, мощность которых варьируется от 0,3 до 15 метров. Угли формации Форт-Юнион относятся к суббитуминозным и битуминозным.
• Конгломераты — встречаются локально, в основании песчаных тел.

Палеогеографическая обстановка

В позднем мелу и палеоцене территория современного Вайоминга и прилегающих штатов представляла собой обширную прибрежную низменность, дренируемую реками, текущими с запада (Скалистые горы) на восток (Западный внутренний морской путь). Климат был тёплым и влажным, субтропическим, что способствовало развитию пышной растительности и накоплению торфяников, впоследствии преобразовавшихся в уголь.

Палеонтология

Формация Форт-Юнион является одним из важнейших местонахождений окаменелостей, документирующих переход от мезозойской к кайнозойской эре — вымирание динозавров и последующую диверсификацию млекопитающих.

Флора

В отложениях формации обнаружены многочисленные остатки растений: листья, плоды, семена, древесина. Наиболее характерны:

• Покрытосеменные (цветковые) — листья и плоды платанов (Platanus), берёзовых (Betulaceae), ореховых (Juglandaceae), ивовых (Salicaceae).
• Голосеменные — хвойные (Metasequoia, Taxodium, Glyptostrobus), саговники.
• Папоротники — споры и отпечатки листьев.

Фауна позвоночных

Формация Форт-Юнион известна прежде всего находками млекопитающих палеоцена, а также остатками динозавров, переживших мел-палеогеновое вымирание (хотя их разнообразие резко сократилось).

Динозавры

В нижних слоях формации (самый конец мела) встречаются остатки:

• Цератопсы — рогатые динозавры (например, Triceratops).
• Гадрозавры — утконосые динозавры.
• Тираннозавриды — хищные динозавры (например, Tyrannosaurus rex).

В вышележащих палеоценовых слоях динозавры не обнаружены, что подтверждает их вымирание около 66 миллионов лет назад.

Млекопитающие

Формация Форт-Юнион — одно из лучших местонахождений для изучения ранней эволюции млекопитающих после вымирания динозавров. Здесь найдены:

• Мультитуберкуляты — вымершая группа примитивных млекопитающих (например, Ptilodus, Ectypodus).
• Сумчатые — ранние представители (например, Peradectes).
• Плацентарные — разнообразные группы: кондиляртры (предки копытных, например, Phenacodus), примитивные хищники (креодонты, например, Protictis), насекомоядные, приматы (например, Purgatorius — один из древнейших известных приматов).

Рептилии и амфибии

Встречаются остатки:

• Черепахи — многочисленные, в том числе крупные (до 1 м) представители рода Aspideretes.
• Крокодилы — остатки крокодиловых (например, Borealosuchus).
• Ящерицы и змеи — редкие находки.

Беспозвоночные

Встречаются пресноводные моллюски (двустворчатые и брюхоногие), остракоды, а также следы жизнедеятельности (ихнофоссилии) — норы, ходы.

Угольные ресурсы

Формация Форт-Юнион является одним из крупнейших в мире источников угля. Угольные пласты залегают на небольшой глубине (от 0 до 300 метров) и имеют значительную мощность (до 15 метров). Уголь характеризуется:

• Теплотворная способность — 20–30 МДж/кг.
• Содержание серы — 0,5–1,5% (низкое и среднее).
• Содержание золы — 5–15%.

Основные угольные бассейны, связанные с формацией Форт-Юнион:

• Бассейн Паудер-Ривер (Вайоминг, Монтана) — крупнейший угольный бассейн США, где добывается около 40% всего угля страны. Уголь здесь добывается открытым способом (карьеры).
• Бассейн Уиллстон (Северная Дакота, Монтана) — также значительные запасы, но добыча меньше из-за большей глубины залегания.

Добыча угля из формации Форт-Юнион началась в конце XIX века и продолжается в настоящее время. Уголь используется в основном для производства электроэнергии на тепловых электростанциях.

Экономическое значение

Помимо угля, формация Форт-Юнион имеет значение для:

• Нефтяной и газовой промышленности — в некоторых районах (например, в бассейне Паудер-Ривер) формация содержит залежи нефти и природного газа, связанные с песчаными коллекторами.
• Геотермальной энергетики — в районах с повышенным тепловым потоком (например, в районе Йеллоустонского национального парка) формация может быть перспективна для геотермальных проектов.
• Строительной индустрии — песчаники и алевролиты используются как строительный материал (щебень, бутовый камень).

Научное значение

Формация Форт-Юнион является ключевым объектом для изучения:

• Мел-палеогенового вымирания — граница мела и палеогена (K-Pg) проходит внутри формации, что позволяет изучать изменения фауны и флоры до и после катастрофы.
• Эволюции млекопитающих — последовательность слоёв формации содержит непрерывную летопись эволюции млекопитающих в палеоцене, что позволяет проследить их диверсификацию после вымирания динозавров.
• Палеоклимата — изотопный анализ углей и осадочных пород даёт информацию о климатических условиях позднего мела и палеоцена.

Интересные факты

• В формации Форт-Юнион в 1970-х годах был найден самый полный скелет тираннозавра рекса (экземпляр «Сью»), который сейчас выставлен в Музее естественной истории имени Филда в Чикаго. Однако этот скелет происходит из формации Хелл-Крик, а не из Форт-Юнион, хотя граница между ними размыта.
• Угольные пласты формации Форт-Юнион содержат многочисленные окаменелые стволы деревьев, которые иногда называют «каменным лесом».
• В некоторых районах формации встречаются уникальные геологические образования — «угольные шары» (concretions), содержащие хорошо сохранившиеся растительные остатки.

Источники

• Graham, J. B. (2001). The Geologic Story of the Powder River Basin. Wyoming State Geological Survey.
• Johnson, K. R. (2002). The Hell Creek Formation and the Cretaceous-Tertiary Boundary in the Northern Great Plains. Geological Society of America Special Paper 361.
• Lillegraven, J. A. (1993). Fossil Mammals of the Fort Union Formation (Paleocene), Wyoming. University of California Press.
• US Geological Survey (2010). Coal Resources of the United States. USGS Professional Paper 1625.
• White, T. E. (1954). The Fort Union Formation of the Powder River Basin, Wyoming. Wyoming Geological Association Guidebook.