Полная версия

Главная arrow География arrow Литология

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

НАДСТАДИЯ СЕДИМЕНТОГЕНЕЗА: ПЕРЕНОС ВЕЩЕСТВ И НАКОПЛЕНИЕ ОСАДКОВ. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ВЕЩЕСТВ

Перенос (транспортировка) мобилизованного вещества осуществляется в твердой и жидкой фазах несколькими способами: под воздействием сил гравитации, суспензионных и водных потоков (наземных и подземных), льда, воздушных струй, а также животных организмов и техногенных средств. Своеобразия процессов и условий данной стадии на суше, в реках, озерах, морях и океанах изучены досконально. Знания о них можно почерпнуть из многих литературных источников: классических учебников и пособий — Л.В. Пустовалова, М.С. Швецова, Л.Б. Рухина, Н.В. Логвиненко и современных — В.П. Алексеева, А.А. Байкова и В.И. Седлецкого (1997), В.Г. Кузнецова (2011), В.Т. Фролова, а также из научных трудов академиков Н.М. Страхова (1963), А.П. Лисицына (1988, 1991, 2001, 2011) и др. Так же глубоко и подробно изучена следующая за переносом стадия накопления осадков.

Здесь мы отметим разницу в смысловом значении близких по содержанию понятий: накопление, отложение и осаждение. Из них два последних — это аналоги. Они не всегда адекватны накоплению. Отложение (осаждение) веществ, осуществляемое механогенным, хемогенным либо биогенным способами, может быть кратковременным и эпизодичным процессом, который прерывается очередным импульсом активизации факторов переноса, а затем возобновляется вновь и вновь. Примеры: отложения порций песчаного и алевритового материала в русле реки после паводка или на гребне дюны после бури. Очередной паводок или порывы ветров перенесут это вещество далее, а на его прежнем месте сбросят новую порцию отложений. Они становятся накоплениями лишь там, где будут прочно зафиксированы in situ, то есть так, чтобы впоследствии оказаться погребенными под новыми слоями осадков.

По мнению Н.М. Страхова, перенос и отложение в сущности своей нераздельны. Он писал о том, что всякое осадкообразование предполагает движение — перенос осадочного материала и без такового невозможно. Перенос начинается на склонах водоразделов и кончается в бассейнах седиментации. В путях переноса в той или иной степени происходит отложение: делювий на склонах, пролювий у подножия склонов, аллювий в речных долинах, дельтовые отложения в устье реки. В конечных водоемах стока — озерах, морях — осаждается и захороняется лишь та часть приведенного в движение осадочного материала, которая не успела осесть в пределах водосборов. Следовательно, перенос и отложение являются не чем иным, как двумя сторонами одного и того же явления — осадкообразования. Поэтому Н.М. Страхов утверждал, что вслед за гипергенезом следует выделять не стадию переноса, а стадию образования осадка, или, иначе, стадию седиментогенеза. Мы рассматриваем ее в ранге надстадии. В ней, следуя концепции Н.М. Страхова, целесообразно выделять два последовательных этапа: 1) водосборный — склоново- долинно-дельтовый седиментогенез; 2) бассейновый седименто- генез. Результаты первого этапа не всегда сохраняются в ископаемом состоянии, во многом уничтожаются последующими процессами; поэтому геологи чаще всего наблюдают в природе результат второго этапа — бассейнового седиментогенеза.

Бассейн седиментации, осадочный бассейн — термины, широко употребляемые с конца XX в.; однако они трактуются геологами и литологами разных школ не одинаково, а потому нуждаются в комментариях. Когда пишут об осадочном (или седиментапионном) бассейне, то в одних случаях имеют в виду водоем — фрагмент зоны осадкообразования, а в других случаях подразумевают осадочно-породное тело — гигантское вместилище накопленных осадков, т.е. фрагмент стратисферы (описываемой в гл. 4). Второй вариант трактовки термина восходит еще к трудам Ч. Ляйеля 30-х гг. XIX в.: термин basin (бассейн) происходит от кельтского слова bas, обозначающего углубление, и Ч. Ляйель употребил его для описания осадков, которые заполнили впадину в более древних горных породах. К тому же английское слово sedimentary может означать рыхлый, недавно отложившийся осадок, а также любую осадочную породу; но в переводе на русский язык оно традиционно применяется только к осадку.

Для того чтобы избежать двойственности в трактовке понятия «осадочный бассейн» (ОБ), П.П. Тимофеев предложил оставить это словосочетание как обобщающее понятие и выделять две конкретные категории бассейнов: седиментационный (СБ) и породный, или бассейн породообразования (БП).

Седиментационным бассейном именуется участок земной поверхности, включающий как территорию конечного осадконакопления, так и окружавшие ее площади мобилизации и транспортировки вещества. Их именуют питающими провинциями, которые рассматривают обособленно. В таком варианте понятие СБ принимают в узком его значении (sensu stripto), включая сюда только территорию накопления осадка. Но это лишь фрагмент гораздо более обширной площади, на которой реализуются многообразные, описанные выше процессы. К примеру, если бы мы задались целью выделить СБ современного Каспия, то нам пришлось бы провести линию по водоразделам всех впадающих в Каспий рек и их притоков. Естественно, что от докайнозойских СБ теперь сохранились только фрагменты, которые были опущены тектоническими движениями (это и есть БП), а остальная площадь водоразделов и путей транспортировки в основном оказалась эродированной. О ней мы можем судить, опираясь только на комплексный литолого-фациальный анализ, о котором рассказано в III части книги.

Совокупность всех синхронных С Б составляет нижнюю часть зоны осадкообразования. Ее подошва соответствует нижнему уровню проявления гипергенных процессов. Интервал между упомянутым уровнем и земной поверхностью соответствует области перекрытия зоной осадкообразования верхов более древней осадочной оболочки, или стратисферы, в которой реализуются процессы постседимента- ционного породообразования (см. гл. 4). Эта осадочная оболочка состоит из множества БП. Каждый из них представляет собой фрагмент отложений СБ, сохранившийся после всевозможных тектонических перестроек структуры СБ и денудаций. В такой трактовке осадочный бассейн является обобщающим термином: ОБ = СБ + БП.

Известные нам СБ чрезвычайно разнообразны по их размерам, строению и вещественному составу осадков. Наиболее ощутимы различия их размеров. Минимальные СБ — внутриконтинентальные аллювиально-озерные, болотные и аллювиально-лагунные; гораздо большие площади занимают СБ морей (внутри- и окраинноконтинентальных) и самый гигантский СБ представляет собой нынешний Мировой океан вместе с его материковыми и островными питающими провинциями. В столь различных по размерам и по морфологии своего субстрата бассейнах седиментогенез тоже обладает многими чертами различия. Ему при этом всюду свойственна общепланетарная особенность, которую мы рассмотрим в следующем разделе.

Вернемся к механизмам транспортировки и накопления осадочных веществ и остановимся на одном из важнейших природных законов, который управляет многими процессами рассматриваемых стадий.

Это закон осадочной дифференциации веществ, природные проявления которого впервые констатировал в начале XX в. немецкий гев охимик В.М. Гольдшмидт, а четкую концепцию всеобъемлющего закона сформулировал Л.В. Пустовалов (1940): «Можно сказать, что каждая осадочная порода представляет собой продукт дифференциации вещества изначальных пород».

Действительно, если бы процесс осадкообразования сводился к совместному и одновременному переотложению продуктов мобилизации, то на земной поверхности повсеместно накапливались бы хаотичные по вещественному составу смеси. Мы же имеем дело с осадочными отложениями чрезвычайно разнообразных типов как по их минеральному составу (кремни, известняки, доломиты, сидериты, различные соли, различные глины, бокситы и др.), так и по размерности породных компонентов (валунники, галечники, гравий, пески, алевриты, пелитовые осадки и др.). Формируются также и смешанные образования, например глинисто-карбонатные смеси — мергели или валунно-галечно-алевро-пелитовые накопления пролювиальных конусов выноса, ледниковых морен и др. Они, однако, по частоте своей встречаемости существенно уступают осадкам более или менее отдифференцированным.

Отсюда следует вывод о том, что на стадии транспортировки вещества действует целый комплекс разнообразных сил, которые разобщают это вещество, фракционируя его по весу и крупности твердых компонентов, по их минеральному составу, а также по степени растворимости и химическим свойствам растворов. Л.В. Пусто- валов констатировал: «Разобщение составных частей изначальных пород, происходящее в зоне осадкообразования, мы будем называть осадочной или, пользуясь иностранным термином, седиментаци- онной поверхностной дифференциацией. В зависимости от характера сил, приводящих к разделению вещества, можно различать механическую и химическую осадочные дифференциации» (рис. 3.4).

Механическая дифференциация реализуется буквально у нас на глазах. Начальные ее этапы можно наблюдать повсеместно на суше, в пределах и вокруг водосборных площадей. Это каменные обвалы, осыпи, оползневые тела, делювиальные шлейфы и пролювиальные конуса, где сортировка обломочного материала по размерам и удельному весу еще весьма несовершенна, хотя в зачаточном виде ее можно заметить. Тут же продолжают сортировочную работу ветры и речные водотоки. Последние разделяют мобилизованный материал по механическим и химическим свойствам весьма основательно. Реки переносят обломки пород и минералов тремя спосо-

Схемы осадочной механической (Л) и химической (Б) дифференциации вещества (по Л.В. Пустовалову, 1940) бами

Рис. 3.4. Схемы осадочной механической (Л) и химической (Б) дифференциации вещества (по Л.В. Пустовалову, 1940) бами: волочением по дну, сальтацией (подпрыгиванием, или «кувырканием») и на плаву (в механических взвесях). Кроме того, в их водах содержатся извлеченные из кор выветривания растворы — в основном ненасыщенные ионные и коллоидные. Соотношения этих форм переноса для каждой реки весьма индивидуальны в зависимости от размеров, мощности потока, принадлежности к равнинным или горным ландшафтам, к тем или иным климатическим поясам (см. далее), а также в зависимости от состава, структуры, крепости и других физико-механических свойств размываемых пород или осадков. В самом общем виде количественные соотношения между тремя формами транспортируемого реками вещества выражают так называемой «формулой стока». В ее конечном ряду за цифру 1 принимается количество растворенных веществ; на первом месте ставится относительное количество влекомого по дну (включая сальтацию) материала, а на втором месте — количество взвеси. Записанная таким способом формула стока для современных рек мира имеет вид: 0,35 : 3,5 : 1. Это означает, что взвешенных частиц переносится в среднем в 3,5 раза больше, чем растворенных, а влекомого по дну материала в 10 раз меньше, чем взвеси.

Однако конкретные формулы конкретных рек сильно отклоняются от усредненного показателя. Так, например, р. Западная Двина — типичный представитель равнинных рек умеренного гумид- ного климата — характеризуется формулой стока: 0,01 : 0,25 : 1, а р. Кубань на предгорной равнине характеризуется существенно иными показателями: 0,57 : 5,0 : 1 (из чего следует, что у равнинных рек преобладает вынос растворенных компонентов, а у рек горных при их выходе на равнину резко преобладают механические взвеси). В деталях формы переноса различных компонентов иллюстрирует приводимая ниже схема Н.М. Страхова (1963) (рис. 3.5). Из нее следует, что волочением по дну перемещается валунный, галечный, песчаный и крупноалевритовый материал. Механические взвеси образуют: все глинистые частицы, плавучие чешуи слюд, мельчайшие частицы карбонатов Са, Mg; плохо растворимых оксидов, силикатов и других соединений Al, Fe, Mn, Р совместно с большей частью микроэлементов (V, Сг, Со, Си и др.). Они составляют также значия тельную долю коллоидных растворов. А истинные ненасыщенные растворы составляют бикарбонаты Са или Mg, а также хлориды и сульфаты К, Na, Са, Mg.

В соответствии с разными свойствами влекомых компонентов — физическими (размеры, форма, удельный вес) и химическими река

Формы переноса в реках основных компонентов осадков (по Н.М. Страхову, 1963)

Рис. 3.5. Формы переноса в реках основных компонентов осадков (по Н.М. Страхову, 1963):

7 — минералы глин; 2 — минералы песков и обломки пород; 3 — прочие компоненты

«теряет» их на путях переноса в определенной последовательности. Наиболее крупный и тяжелый материал скапливается в осадках руслового аллювия — в его пристержневой области и на перекатах; а более легкий и тонкий материал (алевритовые и частью пелитовые вещества взвеси) после паводков частично накапливается на пойме и в старичных озерках. Остальная масса влекомого, взвешенного вещества и растворы выносятся в конечный бассейн стока — озеро либо море. Там эти вещества подвергаются еще более тщательной сортировке процессами волнений и различных донных течений. Галечно-гравийный и песчаный материал накапливается в фронтальной зоне речных дельт и на прибрежных пляжах. Отсюда обломочный материал разносится вдольбереговыми течениями, формируя аккумулятивные песчаные тела (бары, косы, пересыпи). Набегающие на них волны оставляют там очередные порции песчаного вещества, а откатываясь назад, промывают и освобождают песчаные бары и косы от межзернового алевропелитового заполнителя (называемого в зарубежной литературе матриксом — matrix). Тонкий алевритовый и пелитовый материал выносится в участки с более спокойной гидродинамикой. Глинистое вещество накапливается в застойных обстановках (центральных участках лагун, заливов или в западинах морского шельфа, ниже базиса действия волн).

В итоге такой механической дифференциации возникают осадки с более или менее однообразными размерами своих обломочных компонентов, т.е. относительно хорошо отсортированные. Благодаря этой же механической дифференциации в осадках рек, озерных и морских пляжей формируются россыпи «тяжелых» (с удельным весом более 2,8 г/см3 — цирконов, рутила, сфена, гранатов и др.) и самородных металлов. А химически растворенные вещества в случаях впадения реки в непроточный озерный водоем последовательно насыщают его воды привносимыми сюда элементами. На границах же «река — море», где пресные речные воды смешиваются с солеными (электролитами), возникают естественные геохимические барьеры (термин, введенный А.И. Перельманом), которые в определенных обстановках способствуют коагуляции коллоидных систем и обогащению осадков химически малоподвижными элементами — соединениями алюминия, железа, меди, урана и других металлов. Но большая часть выносимых с континентов растворенных веществ пополняет солевой резерв Мирового океана.

Концепция механической и химической осадочной дифференциации Л.В. Пустовалова подверглась в середине XX в. жесткой крив тике со стороны академика Н.М. Страхова прежде всего за то, что в ней не уделялось должное внимание фактору биогенной дифференциации. Страхов считал показанную на рис. 3.4 схему дедуктивной, разработанной по наблюдениям над химическими реакциями внутри лаборатории. Однако в природе все процессы реализуются гораздо сложнее: при низкотемпературных условиях седиментогенеза жизнедеятельность бактерий, грибков, высших растительных и животных организмов, а также процессы разложения мертвого ОВ оказывают определяющее влияние на химические процессы — либо резко активизируя их, либо побуждая к развитию в последовательности иной по сравнению с изображенной на схеме рис. 3.4. Активность же бактериального и прочего биоса напрямую зависит от наличия влаги и благоприятных температурных режимов, т.е. в конечном счете, от климатических условий осадконакопления.

Учитывая это, Н.М. Страхов создал стройную теорию климатической зональности литогенеза, показав определяющую роль климатических влияний на направленность процессов гипергенеза, переноса вещества, накопления и диагенеза осадков. Для каждой в отдельности климатической зоны (нивальной, гумидной и аридной) он построил сложные циклограммы (рис. 3.6), иллюстрирующие своеобразие присущих этим зонам дифференциационных процессов.

В самых общих словах можно сказать, что наиболее полное разделение вещества с транзитным выносом многих растворенных компонентов в Мировой океан присуще седиментогенезу насыщенных биосом гумидных климатических зон. Напротив, в аридных обстановках, где ОВ мало, а водные бассейны в большинстве своем бес- сточны, химическая дифференциация редуцирована, и основные ее продукты остаются внутри этих бассейнов. Весьма не совершенна дифференциация и при нивальном (ледовом) климате.

Труды Н.М. Страхова, признанные мировым сообществом лито- логов классическими, несмотря на содержащуюся в них критику представлений Л.В. Пустовалова, по сути своей развивают и конкретизируют основы сформулированного Л.В. Пустоваловым закона. Как известно, природные явления всегда сложнее наших теоретических схем. И теперешние наблюдения приносят все новые факты многоликости и всеобщности дифференциационных процессов, распространенных не только на седиментогенез, но и на постседи- ментапионный литогенез (см. далее).

Во второй половине XX в. огромное количество новых данных было получено относительно механизмов дифференциации вещества в морских и океанских водоемах. Эти данные сконцентрированы в научных трудах академика А.П. Лисицына (1988, 1991 и др.). Он опубликовал ряд важнейших открытий. Прежде всего была по-новому раскрыта сущность этапа нахождения вещества во взвеси в водоемах. Оказалось, что речные взвеси в большинстве своем не проникают в конечные водоемы стока, а на 92% осаждаются на границе река —море. Участие в пелагической (глубоководной) седиментации принимают не более 8% речной взвеси в совокупности с продуктами ледового и эолового разноса пыли. Подсчитано, что среднее содержание взвеси в пелагиали морей и океанов колеблется от менее 0,1 до 1 мг/л (для сравнения: в реках эта цифра поднимается более чем стократно или тысячекратно — до 500 мг/л).

Изучение взвешенных в воде частиц с помощью специально сконструированных приборов (так называемых «седиментационных ловушек») с применением изотопных методов исследования позволило А.П. Лисицыну раскрыть чрезвычайно важное природное явление — биофильтрацию. Ее сущность такова. До сих пор было

Схемы осадочной дифференциации вещества в гумидных климатических условиях (по Н.М. Страхову, 1963)

Рис. 3.6. Схемы осадочной дифференциации вещества в гумидных климатических условиях (по Н.М. Страхову, 1963):

А — вещественный состав химико-биогенных и смешанных пород: 7 — редкие; 2 — обычно встречающиеся типы рудных накоплений; б — минералогические типы песчано-алевритовой примеси: 7 — мономинеральная; 2 — олигомиктовая; 3 — любая; В — минералогический состав

глинистой примеси: 7 — каолинитовая;2 — варьирующая в широких пределах хорошо известно, что в мелководных (озерных, лагунных) водоемах взвесь с размерами частиц мельче 0,05 мм осаждается по принципу частица за частицей со скоростями, соответствующими закону Стокса: v = 2/9gr1 • (р - p,)/fi, где v — скорость осаждения; g — константа ускорения земного притяжения; г — размер (радиус) частицы, см; р — удельный вес частицы; pj — удельный вес жидкости; р — коэффициент вязкости, зависящий от температуры. Иными словами, скорость погружения частицы изометричной (шарообразной) формы прямо пропорциональна квадрату ее радиуса (у пластинчатых частиц слюд и глинистых минералов скорости погружения заметно меньше расчетных). По этому принципу осуществляется лабораторное разделение на фракции проб алевропелитовых осадков на установках

А.Н. Сабанина и др., описанных в руководствах по инженерно-геологическим исследованиям В.Д. Ломтадзе и в учебниках Н.В. Логвиненко, В.Т. Фролова, Л.Б. Рухина и др. Но в природе работают иные, чем в лаборатории, механизмы. Оказалось, что такими способами в глубоких (котловинных) морях и океанах частицы глинистых минералов мельче 1 мкм никогда не смогли бы достичь дна глубже 1 км. Времени на их медленное и спокойное погружение потребовалось бы до года при условиях постоянного и полного штиля; однако различные движения вод и течения постоянно удерживают на плаву эту взвесь. Но она все же попадает на дно благодаря жизнедеятельности мельчайших обитателей морских вод — организмов- фильтраторов зоопланктона и бентоса. Пропуская минеральные частицы через свою пищеварительную систему, фильтраторы их связывают в пеллетные комки алевритовой размерности. Комки же опускаются вниз в сотни и тысячи раз быстрее рассредоточенной тонкой взвеси. Опускание этих, бактериально разлагаемых пеллетовых частиц, фиксируемое киносъемками из подводных обитаемых аппаратов, выглядит похожим на снегопад и именуется «морским снегом».

Эти внешне малозаметные процессы имеют в действительности грандиозные масштабы. Так, например, А.П. Лисицыным было показано, что все воды океана пропускаются биофильтраторами и очищаются ими от взвеси менее чем за год! Опираясь на эти открытия, вышеупомянутый ученый сформулировал концепцию «живого океана». «Возникло учение о биофильтрации осадочного вещества в океане... Терригенный материал вне зон лавинной седиментации буквально тонет в огромных массах биогенного — его не более 1—5%, а остальные 95—99% принадлежат биогенному веществу. Таким образом, терригенное вещество оказывается тесно связанным с “диктатором” процесса — биогенным веществом» (А.П. Лисицын, 1991.-С. 7).

Возникшие из этого вещества осадки океанских глубин — так называемые «красные глубоководные глины», карбонатные кокко- литвые илы, кремнистые диатомовые и радиоляриевые илы (см. в гл. 7, 8, 9) и др. накапливаются чрезвычайно медленно, со скоростями начиная от сотых и десятых долей миллиметра до 1—4 мм за тысячу лет (для сравнения: осадки морского шельфа за тысячелетие прирастают в толщине на сантиметры, иногда на десятки сантиметров, а в речных дельтах — до нескольких метров). Кроме того, глубоководным илам, в отличие от осадков шельфа и мелководья, не свойственны текстуры сезонной слоистости.

Впрочем, все вышесказанное относится к абиссальным равнинам. А на наклонных поверхностях океанского дна, густо прорезанных подводными каньонами, механизмы и темпы седиментации иные. Это относится ко всему континентальному склону (между бровкой шельфа на глубинах 200—500 м и уровнями глубин порядка 1—2 км), к его подножью, а также к склонам и подножьям бортов котловин и рифтовых впадин. Там осадки накапливаются импульсивно и быстро.

Другим распространенным способом осадконакопления является аклиматичная лавинная седиментация — термин, предложенный

А.П. Лисицыным четверть века назад и ставший теперь общепризнанным. Это терригенное осадконакопление, реализуемое с высокими (более 100 мм/1000 лет) и сверхвысокими (более 1000 мм/1000 лет) скоростями, при которых господствуют не «нормальные» процессы седиментации (т.е. осаждение частицы за частицей, обеспечивающее в океанической пелагиали скорости накопления порядка нескольких миллиметров или даже их долей за тысячелетие), но скоростные течения масс суспензий высокой плотности, устремившихся в понижения дна под влиянием сил гравитации. За очень короткие промежутки геологического времени лавинная седиментация способна обеспечить формирование песчано-алев- рито-глинистых толщ с мощностями порядка многих сотен метров, а иногда и до нескольких километров включительно. В Мировом океане и окраинных котловинных морях существуют три уровня этого вида седиментации. Верхний уровень — это устья рек (дельты и эстуарии); средний уровень — это континентальный склон и его подножие на батиметрических глубинах от 1 до 3—4 км; третий — уровень дна глубоководных океанских впадин (до 11 км).

Граница река —море теперь и прежде была самым мощным гравитационно-геохимическим барьером, задерживающим большую часть (до 92% — см. ранее) твердых веществ речного стока и около 40% растворенных в нем веществ. Применительно к последним эстуарии со своим фито- и биопланкгоном представляют собой системы так называемых маргинальных фильтров, которые обеспечивают изменения не только в количестве, но и в соотношениях взвешенных и растворенных форм химических элементов.

Маргинальный фильтр делится на три главные части в направлении от речного устья к открытому морю: 1) область гравитационного осаждения основной массы обломков пород и минералов гравийных, песчаных и крупноалевритовых фракций; 2) область коллоидно-дисперсная, где преобладают коллоидные фракции (глинистые минералы, а также коллоиды О В и гидрооксидов Fe и Мп); 3) внешняя, или биологическая, часть фильтра, представляющая собой область захвата зоопланктоном растворенных форм элементов из воды и перевода их во взвесь — аутигенное образование биогенной взвеси. Здесь организмы-фильтраторы связывают необходимое для них ОВ вместе с остатками минеральной взвеси в крупные пеллетные комки, которые быстро осаждаются на дно. При этом мощность биофильтраторов оказывается настолько существенной, что весь объем вод эстуариев крупнейших рек (Обь, Енисей, Лена и др.) профильтровывается всего за сутки или несколько суток, а весь объем вод Мирового океана — практически за год. А общий итог работы маргинальных фильтров состоит в том, что в водах морей и океанов господствуют (в отличие от рек) не взвешенные, а растворенные формы элементов. Они активно потребляются планктоном и переводятся в биогенную взвесь. Ее в океане в 50—100 раз больше, чем терригенного вещества.

Последнее тем не менее перераспределяется и концентрируется на 2-м и 3-м уровнях лавинной седиментации. Там вдольбереговые и другие течения разносят значительную часть песчаного, алевритового и глинистого материала, заимствуемого из аккумулятивных тел 1-го уровня лавинной седиментации, а также из зон береговой абразии на обширных территориях шельфа. В тех местах, где бровка шельфа прорезана вершинами подводных каньонов, скапливаются критические массы обводненных осадков. Они время от времени наподобие снежных лавин устремляются со скоростями курьерских поездов вниз по руслам вышеупомянутых каньонов. Это насыщенные алевропелитовой и песчаной взвесью так называемые гра- вититы (в том числе и турбидные потоки). Их плотности за счет упомянутой взвеси существенно превышают плотность воды. Поэтому разрушительная сила таких потоков огромна (они рвали кабели телеграфной связи, проложенные по дну Атлантики на рубеже XIX и XX вв. между Америкой и Европой). У подножия континенк тального склона эти потоки затормаживаются и формируют мощные глубоководные конуса выноса, по форме и макротекстурам напоминающие дельтовые речные выносы.

Этим образованиям свойственны массовые текстуры подводного оползания, всевозможные иероглифы, а также текстуры турбидитов, описанные и объясненные А. Вошла и другими исследователями второй половины XX в. Подробнее о таких отложениях см. в упомяж нутых в гл. 1 книгах Р.К. Селли, Ф. Дж. Петтиджона, Г.Э. Рейнека и И.Б. Сингха, А.П. Лисицына, В.Т. Фролова и др. Считается, что отложения этих турбидитов в сочетании с продуктами их перемыва донными вдольматериковыми течениями, или контуритами, составляют важнейший элемент флишевых осадочных комплексов. Некоторые текстуры флиша — крупная рябь течения и иногда (хотя и редко) встречаемые включения донной мелководной фауны бра- хиопод и моллюсков (нечаянно попавших в катастрофический подводный «сель» и увлеченных им на большие глубины) создают иллюзию мелководности таких образований. Но здесь мы видим один из типичных примеров распространенной в природе конвергент- ности генетических признаков, т.е. их только внешней похожести при принципиально разных условиях формирования.

Источником всего этого терригенного вещества, многократно переотложенного на дне бассейна (то есть переходящего в категорию эдафогенного материала) служат питающие провинции суши материков и островов. Оттуда, по учению Н.М. Страхова, основная масса веществ в твердофазовом и растворенном состоянии поставляется в моря и океан реками. Кроме того, дополнительные количества растворов поставляют разгружающиеся на дне морей подземные воды, а порции песка и пыли подают также эоловые процессы.

Роль последних недавно была пересмотрена А.П. Лисицыным с его аргументами в пользу их гораздо большей масштабности и значимости в седиментогенезе сравнительно с прежними представлениями. Прокомментируем это утверждение примерами из недавно опубликованных расчетов годовой массы веществ, поставляемых в Мировой океан из разных источников.

Оценки современных поставок вещества в океан реками разнятся у ряда зарубежных и отечественных исследователей, но новейший аналитический обзор этих сведений был защищен в докторской диссертации 2009 г. В.В. Гордеевым — сотрудником Института океанологии РАН (ИО РАН) имени П.П. Ширшова в Москве. Он провел свои расчеты, сделанные после 40-летнего сбора аналитических данных более чем по 1500 рекам, у которых водосборные площади охватили 85% теперешней дренируемой земной поверхности. Оказалось, что годичное количество выносимого реками твердого вещества достигло 18,6 миллиардов тонн, а валовый годичный сток растворенных веществ — 4636 млн т, включая: ионные растворы — 3755 млн т, О В — 430 млн т, кремнезем — 418 млн т, биогены (азот и фосфор) — 15,5 млн т и микроэлементы — 17,8 млн т. При этом было сделано два важных теоретических заключения о принципиальных различиях окраинно-материкового и океанского седименто- генеза: 1) в речном стоке взвешенные формы подавляющего числа химических элементов резко преобладают над их растворимыми формами, 2) океанские воды, напротив, представляют «царство» растворенных форм элементов.

Теперь сравним эти данные с расчетами А.П. Лисицына (2011): «общая поставка эолового материала определена 1,6 млрд т год, что близко к поставке речного материала в пелагиаль, то есть за пределы маргинальных фильтров». Данное заключение опирается на работы его автора и сотрудников НО РАН, проводимые в течение минувших десятилетий как на суше, в областях подготовки осадочного вещества, так и по путям его переноса на разных высотах в атмосфере и местах выпадения на поверхность океана. Эти наблюдения с привлечением специальной аппаратуры привели к выводу о существовании глобальной системы дальнего высотного (трансокеанского) переноса вещества особого состава и свойства. Это тонкие микро- и наночастицы (94% мельче 2 мкм), которые своим происхождением отвечают тропическим и субтропическим аридным (бессточным) зонам суши и продолжаются в океаны. По составу и свойствам они соответствуют пелагическим глинам (красная глубоководная глина и др.). Со спутников и высотных самолетов удалось исследовать пылевые облака по путям их дальнего, в том числе трансокеанского, переноса. Эти данные дополнены пробами, собранными на островах и в рейсах экспедиционных судов, из кернов покровных и горных ледников, а также изучением продуктов распространения ядерных взрывов и извержений вулканов.

По ряду признаков в океане были выделены зоны аридной седиментации, т.е. определенной климатом (недостатком воды), подготовкой рассеянного аэрозольного вещества на суше, его транспортировкой ветром на разных высотных уровнях и отложением на поверхность океана. Транспортировка идет на двух высотных уровнях (от поверхности до облаков и выше облаков) (5—7 км), где скорость ветра достигает 300 км/ч, чем и определяется дальность переноса. Материал глобального переноса — тонкий. А.П. Лисицыным выделены три типа переноса, отличающиеся не только динамикой, но и составом, и свойствами микро- и наночастиц: 1 — локальный (0—10 км от источника); 2 — региональный (100—1000 км); 3 — глобальный (более 1000 км).

Поставка этих веществ осуществляется из источников на суше с осаждением в морских частях аридных зон. Общая их площадь составляет около 1/3 площади Мирового океана. Во время оледенений в связи с понижением уровня на 100—120 м развеивались рыхлые осадки от осушки шельфа, которая по площади приближалась к площади всей Африки. Это приводило в прошлом к росту запыленности атмосферы в 3—5 раз и ослаблению теплового потока Солнца в связи со снижением прозрачности атмосферы. Такие же морские осадки прошлого выявлены в колонках и кернах глубоководного бурения.

Подводя итоги вышесказанному, приходим к следующим выводам. Во-первых, осадочная дифференциация веществ вездесуща, но чрезвычайно многопланова. Вместе с ней существует противоположный ей процесс — смешения веществ. Смешение особенно явно выражено при начальных этапах склонового седиментогенеза (неотсортированные, многокомпонентные образования коллювия и пролювия) и в ледниковых моренах. Но оно наблюдается в менее заметной форме повсеместно, отчего, по замечанию Н.М. Страхова, процессы дифференциации никогда не доходят до своего полного логического конца. Это объясняется обилием встречных природных процессов, тормозящих дифференциацию. Так, например, как только растворы выделят микрокристаллы или гелевый сгусток какого-либо состава, новообразованные твердые фазы становятся в те же условия, что и гидравлически эквивалентные им кластиче- ские твердые частицы; они вместе переносятся, вместе захороня- ются. Данное обстоятельство тормозит дальнейшее отделение химико-биогенных продуктов от терригенных, как бы обрывает дальнейшую их дифференциацию. Другой пример: непрерывная пульсация силы переносящего потока приводит к тому, что на дне, в осадке, накапливаются пластические частицы не абсолютно одинаковых размеров, т.е. и здесь ограничивается эффективность механической дифференциации. Тем не менее, даже не в совершенной форме, итоги наличия дифференциации очевидны; они доминируют, и на их учете построена современная схема классификации осадочных пород, которая рассмотрена в части II книги.

Во-вторых, процессы седиментогенеза осуществляются прерывисто, импульсивно. Этапы накопления вещества везде, даже в морях, чередуются с гораздо более длительными седиментацион- ными паузами. В любой осадочной толще имеются множество не явных (скрытых) перерывов, доступных опознанию только опытному наблюдателю.

В-третьих, на путях переноса вещества водными или воздушными потоками нередко происходит кратковременное накопление толщи рыхлых осадков, которые в случаях тектонической стабильности (отсутствия погружения земной поверхности на данном участке) вскоре вновь становятся объектами транспортировки и поверхностной дифференциации, а в иных обстоятельствах они сохраняются на месте вплоть до перекрытия их следующими порциями осадков. По предложению Н.М. Страхова, заключительным моментом образования осадка, или седиментогенеза, в любых случаях надо считать только тот момент, когда частицы осадка прочно зафиксируются на месте в данных гидродинамических условиях.

В завершение остановимся еще на одном аспекте. Это напоминание о том, что в периоды транспортировки вещества и его накопления твердая фаза испытывает не только морфологические изменения (раздробление, окатывание) под воздействием механогенных процессов. Твердое вещество, в особенности тонкоизмельченное, в определенных климатических условиях может претерпевать малозаметное хемогенное преобразование (трансформацию, перекристаллизацию и др.), которое в литературе именуется не часто употребляемыми терминами: мотогенез — применительно к стадии переноса, сингенез — для стадии седиментации.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>