7. Вуглетворна фітомаса пластів і прошарків вугілля.

Стан розробки проблеми. Характерними ознаками кам’яновугільного періоду є великий розквіт рослинного світу та дуже велике в історії геологічного розвитку Землі продуктивне торфо- і вуглеутворення. Тому сприяла одночасна позитивна дія великої кількості факторів: теплий вологий гумідний клімат, достатня для інтенсивного розту рослин кількість поживних мінеральних речовин в грунтах, забезпечена частими виверженнями вулканів та їхніми попілопадами; відповідний склад атмосфери; наявність сонячної енергії достатньої для інтенсивного фотосинтезу і перетворення СО₂ атмосфури та поживних речовин грунту в органічні сполуки, велика кількість досить великого листя на рослинах та часте фізіологічне оновлення його в процесі іхнього життя; утворення веклики прилагунних заболочених територій вздовж морських берегів і дуже малих кутів їхнього нахилу до рівня вод лагуни; швидкий ріст основних вуглетворних рослин, мала кількість в їхніх стовбурах міцної деревини і відсутність справжньої кореневої системи, що сприяло частому падінню стовборів; короткий термін життя рослин і швидке накопичення їхньої відмерлої фітомаси в достатньо обводнених болотах та продуктивна мікробіологічна переробка її в торф в анаеробних та аеробно-анаеробних умовах; сприятливий тектонічний режим, що забезпечував компенсацію величини занурення верхньої поверхні торфовища накопиченням достатньої кількості відмерлої фітомаси рослин та інші фактори.

У Донецькому і Львівському басейнах зосереджені великі ресурси і розвідані запаси кам’яного вугілля та метаморфогенних вугільних газів, переважно метану. Рослинний світ кам’яновугільного періоду цих басейнів вивчений макропалеоботанічним порівняльним методом різними палеоботаніками добре. Розроблені детальні схеми стратиграфії вугленосних товщ за біо- та фітофосиліями, опубліковані монографічні роботи і атласи, з допомогою яких можна достовірно визначати систематичну належність рослин, представлених у вугленосних породах фітолеймами та відбитками. Розроблений державний стандарт ГОСТ 9414-74 (СТ СЭВ 5431-85) « Угли бурые, каменные и антрациты. Метод определения петрографического состава». Він досить детально розділяє речовину кам’яного вугілля і антрацитів за генетичними ознаками на 4 групи та групу мінеральних включень. Кожна група розділена на конкретні мацерали за морфологічними ознаками, речовинним складом та фізичними властивостями. Головним недоліком цього стандарту є відсутність визначення вихідного рослинного матеріалу, з якого утворився кожний мацерал вугілля. Гіпотетично допускається, що склад, кількість і якість вугілля і вугільних газів зумовлюються вихідним рослинним матеріалом, умовами його накопичення, розкладу і перетворення у торф та вугілля. Однак наукове вирішення цієї проблеми знаходиться на самому початку і вимагає комплексних досліджень великого фактичного матеріалу.

Необхідно «оживити» «мертві» мацерали ГОСТ 9414-74 ( СТ СЭВ 5431-85) визначення вихідного рослинного матеріалу кожного мацералу, виявити палеоботанічні особливості окремих газо-вуглетворних рослин і їхньої фітомаси, палеоекологічні умови проживання їхніх фітоценозів, анатомічні особливості будови клітин, складених ними тканин, цілих органів рослин та газо-вуглетворної фітомаси. Це дозволить прогнозувати склад і якість вугілля, обгрунтовувати напрямки раціонального його використання.

Аналіз попередніх публікацій. У відкладах кам’яновугільної системи Донецького і Львівсько-Волинського басейнів виявлено близько 250 видів рослин (Новик, 1952, 1968; Залесский, 1914; Снигиревская, 1958, 1964, 1967; Фисуненко, 1973, 1975). Згідно з М. Д. Залєсским (1914) основними вугулетворювачами Донбасу були лише плауновидні рослини. Інші вчені вважають, що вугілля Донецького і Львівсько-Волинського басейнів утворювалось з фітомаси більш різноманітного складу.

Так, П. П. Шкуренко (1941) відмітив наявність у вугіллі тканин плауновидних і членистостеблових рослин, К. І. Іносова (1963, 1969, 1975) вперше доказала наявність у вугіллі поряд зі стебловими тканинами великої кількості (до 30-40%) вуглефікованих тканин органів спороносіння різних рослин. А. М. Лаптєва (1972) виявила у вугіллі пробкові тканини. А. В. Лапо (1968, 1976, 1977) описав мікроструктури тканин плауновидних рослин і рахісів та черешків листя папоротевидних рослин. Н. С. Снігіревська вивчала мінералізовані рештки рослин з «вугільних нирок» Донецьких вугільних пластів і детально описала рештки листя деяких лікопсід (1958).

В працях В. І. Узіюка (1968, 1990, 1998) та Є. В. Узіюка (1989, 1992) детально описані мікроструктури вуглефікованих тканин плауновидних, членистостеблових і папоротевидних рослин вугільних пластів Донецького і Львівсько-Волинського басейнів. Роботи названих вище авторів виконані на значному фактичному матеріалі, достовірні, але є лише початком всестороннього повноцінного вирішення дуже складної проблеми – виявлення вихідного рослинного матеріалу вугілля та його впливу на його склад і якість.

Цілеспрямованими збором, вивченням і описом фрагментів рослин, захоронених у кам'яно­вугільних відкладах сучасного Львівсько-Волинського басейну, займались провідні палео­ботаніки України К.Й. Новик і Т.А. Іщенко, а мікроспори вивчав А.М. Іщенко. У праці, що вийшла у світ в 1948 році, К.Й. Новик і Т.А. Іщенко описано 18 видів кам'яновугільних рослин, в тому числі сім видів плауноподібних, чотири види членистостеблових, шість видів птеридоспермів і один вид кордаїтів. Всі види були згруповані у чотири комплекси. До першого віднесені керівні рослини для візейського ярусу, а саме: Lepidodendron veltheimii Sternb., Lepidodendron sp. (aff. Tenerrium А. et Trautsch.), Lepidostrobus scotii Jongm., Sphenophyllum tenerrimum Ettingsh., Asterocalamites scrobiculatus (Schlotz) Zeill., Diplothema Schonknechtii Stur., Neuropteris antecedens Stur. Рослини другого комплексу (Stigmaria stellata (Gopp) Sew., Mesocalamites ramifer (Stur.) Hirmer, Mesocalamites cistiiformis (Stur.) Hirmer характерні виключно для намюрського (серпуховського) часу. Третій комплекс флори представлений видами, які з'явились у намюрі і навіть у візе, а закінчили своє існування у ранньосередньокарбоновий час, тобто Lygіnopteris (Sphenopteris) Hoeninghausii (Brongn.) Goth., Lyginopteris (Sphenopteris) fragilis (Schloth.) Patt., Mariopteris acuta (Brongn.) Zeill., Diplotmema adiantoiides (Schloth.) Goth. Види четвертого комплексу: Lepidodendron obovatum Sternb., Halonia tortuosa L. et Н. (Ltpidophlois laricinus Sternb.), Stigmaria ficoides Sternb., Cordaites principalis (Germ.) Gein.

Більш повні відомості про флору кам'яновугільних відкладів Галіційсько-Волинської западини наведені у праці [4]. В ній К.Й. Новик і Т.А. іщенко детально описали і проілюстрували 98 фотографіями 45 видів флори, в тому числі один вид папороті, дев'ять видів класу членистостеблових, тринадцять видів класу плаунових, сімнадцять видів класу птеридоспермів і п'ять видів кордаїтів. За включеннями фітофосилій були виділені відклади турнейського, візейського і намюрського (серпуховського) ярусів нижнього карбону і башкірського ярусу середнього карбону.

Великий фактичний матеріал у вигляді зразків фітолейм і відбитків різних органів кам'яновугільних рослин Львівсько-Волинського басейну зібраний під час польових робіт В.Ф. Шульгою і Т.А. Іщенко. Результати досліджень його опубліковані у монографії. Ці фактичні дані підтверджують інформацію попередніх праць К.Й. Новик і Т.А. Іщенко про великий видовий склад кам'яновугільної флори Львівсько-Волинського басейну і деталізують стратиграфічне місцерозташування певних рослин в розрізі вугленосної товщі. Результати комплексного вивчення фітолейм стовбурів різних рослин, відібраних в шахтах із кам'яновугільних відкладів Львівсько-Волинського басейну, наведені у працях Є.В. Узіюка [9-15]. Коротко розглянуті праці попередніх вчених і щоденне розкриття відкладів карбону шахтними гірничими виробками є надійним підґрунтям для подальшого вивчення флори.

Мета, завдання і методика виконання досліджень. Метою магістерських досліджень було комплексне вивчення вихідного рослинного матеріалу вугілля, в тому числі сукупної рослинотворної маси (фітомаси клітин, утворених ними тканин і органів рослин). Сами вони разом з умовами накопичення та перетворення фітомаси визначали склад, властивості та якість вугілля. Згідно з нашими визначеннями «фітомаса однієї рослини» - це сукупність всіх її клітин і тканин та органів різного функціонального призначення – коріння, стовбура (стебла), листя та репродуктивних органів. Фітомасу живих клітин і тканин всіх органів живої рослини ми називаємо « прижиттєвою її фітомасою», а клітин і тканин одного або всіх органів однієї рослини, у яких припинився обмін речовин і тому вони більше не виконують фізіологічні функції забезпечення життя свого або всієї рослини – « відмерлою фітомасою» окремих клітин, тканин, органів і всієї рослини. Сукупність рослин на певній території утворює типовий для її екологічних умов фітоценоз. Масу всіх живих клітин, тканин і органів рослин фітоценозу називаємо « прижиттєвою фітомасою фітоценозу» , а померлих клітин, тканин, органів і цілих рослин фітоценозу – « відмерлою фітомасою фітоценозу».

В осадових неорганічних породах Межиріченського родовища зустрічаються рештки різних органів викопних рослин неодинакових типів збереження, систематичної належності та розмірів. Вони називаються « фітофосиліями». За розмірами вони поділені нами на « макрофітофосилії» і «мікрофiтофосилії».

Макрофітофосилії спостерігаємо неозброєним оком і вивчаємо комплексом макро- і мікропалеоботанічних та геологічних методів. Це фітолейми і відбитки. Згідно з А. М. Криштофовичем « фітолейма» - це обвуглені тканини цілого або частини органу рослини зі збереженою скульптурою зовнішньої їх поверхні або без неї, що залягають на вмісній породі, а « відбиток» - це зображення на вмісній породі скульпрути тканин органу рослини як результат зтлівання їх в процесі складної хімічної взаємодії з неорганічним осадом майбутньої неорганічної породи [2]. Розрізняють відбиток скульптури зовнішньої поверхні тканин органу рослин (кори, листя, коріння) і артісію (artisia), тобто зліпок – кам’яне ядро, відбиток скульптури внутрішньої поверхні тканин фрагмента органа рослини. Макрофітофосилії формують у вугленосній товщі фітолеймову і відбиткову фітомасу. Основне значення для утворення покладів вугілля різної товщини мала фітолеймова фітомаса оскільки фітолейми зберігають переважну більшість маси вуглефікованих тканин. Фітомаса, що утворювала відбитки, майже повністю розкладалась процесами торфо-вуглеутворення і утворювала переважно гази та розсіяну вуглефіковану речовину в осадових вмісних породах.

До мікрофітофосилій відносимо мікроскопічні складові вуглефікованої фітомаси вугілля, тобто мацерали, фітерали і петрогенетичні типи, що утворились із різних тканин та органів розмноження рослин. Вони зустрічаються у вигляді мікро- і мегаспор, органів спороносіння, кутикул, смоли, штрихів та смуг вітрену, лінз фюзену, вугільного атриту і десміту різних органів рослин. Атрит – це скупчення дуже мілких уламків тканин (кори, деревини, мезофілу листя, кутикул, пилку, спор, смоли та інших частин різних різних органів рослин) подрібнених стиранням при перенесені та розкладанні. Він входить до складу торфу, вугілля і неорганічних порід ( Геологический словарь, 1973). Десміт – 1. За Аммосовим (1993) – це геліфікована основна маса вугілля. 2. За Вальц (1956) – це тип структури мікрокомпонентів вугілля, що являє собою продукти найбільшого розкладення рослинних тканин. Розрізняють лігно-, ксило-, вітро-, паренхо-, семифюзено- і фюзено – десміт (Геологический словарь, 1973). Макро- і мікрофітофосилії накопичувалися в басейні седиментації органічних і неорганічних осадів у вигляді фітомаси, захоронялись в надрах Землі і приймали участь в утворенні вугілля.

Нами у вуглевмісних породах Межиріченського родовища виявлені, апробовані та вивчені геологічними, палеоботанічними і петрографічними методами макрофітофосилії (фітолейми, відбитки), поклади вугілля у вигляді прошарків різної товщини (0,05 – 0,15 м) і вугільні пласти товщиною 0,45 – 0,60 м і більше. Мікроскопічним вивченням вугільних шліфів виявлені різні мікрофітофосилії, що сформували вуглетворну фітомасу. Короткий опис вуглетворної фітомаси фітофосилій наводимо нижче.

Макрофітофосилії. У вугленосних відкладах Межиріченського родовища часто зустрічаються відбитки тканин різних органів рослин (листя, фрагменти гілок, стовбурів, коріння), рідше – фітолейми цих органів з добре збереженими вуглефікованими тканинами кори, перидерми, деревини і лише спорадично – петрифікації переважно деревини кордаїтів. Систематична належність рослин, представлених макрофітофосиліями, різна. Опис вуглетворної фітомаси і макрофітофосилій основних вуглетворних рослин Межиріченського родовища наводимо нижче.