Ковалёв С.Г. (и др.) Общая геология с основами гидрогеологии и гидрологии

Подождите немного. Документ загружается.

глубинах органогенные кремнистые осадки чередуются с красными глу-

боководными глинами.

Рис. 20. Радиолярии

Полигенные осадки.

К ним относится «красная» глубоководная глина,

обладающая разными оттенками красного и коричневого цветов. Она рас-

пространена на абиссальных глубинах. В Тихом океане она занимает око-

ло 50%, в Атлантическом и Индийском – около 35% площади дна. Содер-

жание в ней пелитовой фракции достигает 98%. Она состоит из нераство-

римого остатка органогенных карбонатных осадков, вулканогенного пеп-

лового материала, тонкодисперсных частиц терригенного материала, при-

носимого реками, пылеватых частиц эолового происхождения, метеорит-

ной пыли и биогенного материала – зубов акул, слуховых косточек китов

и др. Скорость осаждения пелитовых частиц красной глубоководной гли-

ны очень мала и составляет около 1 мм за 1000 лет.

Хемогенные (химические) осадки. Они распространены как в пределах

шельфа, так и в глубинах Мирового океана. Среди хемогенных осадков

наибольшее распространение имеют карбонаты, затем гипсы и ангидриты,

каменная и калийная соли. Наиболее благоприятные условия для осажде-

ния СаСО

создаются при достаточно высокой температуре главным об-

разом в мелководных зонах и заливах, в окраинных морях, лагунах барь-

ерных рифов и атоллов. При небольшой глубине вода прогревается до

дна, а обильно растущая растительность поглощает СО

, тем самым нару-

шая карбонатное равновесие. Это вызывает перенасыщенность вод Са-

СО

, что приводит к его осаждению. Карбонат кальция выпадает в виде

мелких шариков, называемых оолитами (от греч. «оо» – яйцо, «литос» –

камень), из которых после цементации образуются оолитовые известняки.

Иногда хемогенные карбонаты накапливаются в виде известнякового

мелкозернистого песка или ила.

Фосфориты. Местами в пределах шельфа и прилегающей части кон-

тинентального склона наблюдается подъем глубинных и подземных вод.

В этих частях склона встречаются залежи фосфоритов. Фосфориты обра-

зуются в виде конкреций на глубинах в зоне шельфа и прилегающей части

континентального склона. Наиболее благоприятны для образования фос-

форитов зоны дивергенции и подъема глубинных вод (апвеллинга), обо-

гащенных фосфором.

Эвапориты. В мелководных заливах и окраинных морях, располагаю-

щихся в областях жаркого засушливого климата, в результате интенсивного

испарения увеличивается соленость вод. Это приводит к осаждению галоге-

нов и сульфатов. Примером такого типа осадконакопления в современную

эпоху является Красное море и залив Кара Богаз Гол (Каспийское море). В

последнем соленость в 20 раз превышает минерализацию вод Каспийского

моря. При перенасыщении происходит выпадение солей – мирабилита или

глауберовой соли – (Nа

·10Н

О), бишофита – СаNа

(SО

)

и др., в резуль-

тате чего формируются осадки, называемые эвапоритами.

Железомарганцевые конкреции. В области шельфа среди терригенных

и карбонатных осадков нередко встречаются руды Fе и Мn. Их образова-

ние на дне водоемов связано с приносом реками в коллоидном состоянии

гидроксидов железа и марганца. Они встречаются в глубоководных об-

ластях Мирового океана, а также в пределах котловин окраинных и внут-

риконтинентальных морей. Наибольшее количество железомарганцевых

конкреций наблюдается в Тихом океане, где имеются участки дна, почти

на 50% покрытые слоем конкреций. Чаще всего они встречаются в облас-

тях распространения «красных» глубоководных глин. Железомарганцевые

конкреции представляют собой неправильной формы образования, чаще

всего от 2 до 5 см в диаметре. Они имеют практическое значение не толь-

ко как потенциальные руды железа и марганца, но и как руды кобальта и

никеля, содержание которых в конкрециях достигает первых процентов.

Запасы железомарганцевых конкреций на дне Мирового океана исчисля-

ются многими сотнями млрд. т.

Преобразование осадков в осадочные породы. Накопившийся на мор-

ском или океанском дне осадочный материал, с течением времени посте-

пенно превращается в плотные горные породы. Этот процесс изменения

осадков и превращения их в осадочные горные породы, т. е. процесс ока-

менения или литификации, называется

диагенезом (от греч. «диагенезис»

– перерождение). Первичный морской осадок является многокомпонент-

ной системой, состоящей из иловых частиц, химически осажденных ве-

ществ, пирокластического и эолового материала, органического вещества,

остаточных (реликтовых) вод, представляющих собой иловые растворы,

заполняющие поры. В целом осадок – это разнородная смесь реакционно

способных соединений, у которых полностью отсутствует физико-

химическая связь. Уже в самой начальной стадии существования осадка

начинается взаимодействие отдельных его частей друг с другом, с оста-

точными водами и средой их накопления.

По данным акад. Н.М.Страхова, в преобразовании осадков в горные

породы участвуют следующие факторы:

1. Высокая влажность осадка, которая имеет огромное значение в пе-

рераспределении отдельных элементов и соединений в осадке, обус-

ловливающая диффузное перемещение вещества в вертикальном и гори-

зонтальном направлениях, что способствует взаимодействию различных

составляющих и образованию диагенетических минералов.

2. Обилие бактерий, основная масса которых находится в верхней час-

ти осадка. Бактерии в одних случаях разлагают углеводороды и органику,

создавая новые соединения и изменяя физико-химические параметры сре-

ды. В результате их деятельности происходят сложные процессы, включая

окисление или перевод оксидных соединений в закисные. В других случа-

ях бактерии являются главным источником органического вещества.

3. Иловые растворы, пропитывающие осадок, в значительной степени

отличаются от химического состава наддонной воды более высокой степе-

нью минерализации, меньшим количеством сульфатного иона, присутстви-

ем ионов железа, марганца и других элементов. Различие состава иловых

растворов и придонной океанической воды способствует обменным реак-

циям. При большом содержании ряда веществ в иловых растворах и осадке

возникают новообразования в форме диагенетических минералов.

4. Органическое вещество, значительное количество которого в осадке

вызывает дефицит кислорода, появление углекислого газа и сероводорода,

т. е. создает восстановительные условия.

5. Окислительно-восстановительный потенциал зависит от содержания

органического вещества и гранулометрического состава осадка. В преде-

лах мелководий, где в большом количестве находятся водопроницаемые

пески и отсутствует органическое вещество, создаются окислительные

условия среды. В этом случае возможны единичные случаи новообразо-

вания гидроксидов железа или марганца вокруг зерен песка. В более глу-

боководных илах, богатых органическим веществом и бактериями, окис-

лительные или нейтральные условия создаются лишь в верхней части

осадка мощностью до 20 см, с которой связано образование гидроксидов

железа и марганца. Ниже располагается восстановительная зона, где воз-

можно образование пирита (FeS

Длительно протекающие и весьма сложные процессы преобразования

осадка в конце концов приводят к его превращению в горные породы.

Главными изменениями осадков в процессе диагенеза являются:

обез-

воживание, уплотнение, цементация, кристаллизация и перекристалли-

зация

. Эти процессы реализуются при воздействии давления вышележа-

щих слоев. Из-за наличия весьма разных химических соединений, запол-

няющих пространство между зернами или проникающих в поры и пусто-

ты и последующей их кристаллизации, происходит цементация осадка.

Цементирующими веществами выступают кремнезем, карбонаты, оксиды

железа и некоторые другие вещества. Состав цементирующего вещества

нередко отражается в названии возникшей горной породы, например же-

лезистый, известковистый или кремнистый песчаник и т.д.

Процесс кристаллизации и перекристаллизации уплотненного осадка

особенно широко проявляется в мелкозернистых и иловатых хемогенных

и органогенных осадках, которые к тому же могут состоять из легко рас-

творимых соединений. Такие процессы приводят к переходу опала в хал-

цедон, а затем и кварц. Из аморфных гелей возникают кристаллические

формы глинистых минералов. Очень быстрая кристаллизация характерна

для органической основы коралловых рифов, преобразующейся в кри-

сталлические известняки.

В результате диагенеза возникают различные новообразования, отли-

чающиеся друг от друга по составу. Некоторые из них бывают рассеяны

по всей толще осадков, например, пирит, сидерит, марказит. Довольно

часто новообразованные минералы концентрируются вокруг каких-либо

центров и образуют сростки или стяжения – конкреции разной формы,

часто шаровидной, почковидной, вытянутой. Размеры их колеблются от

нескольких миллиметров до нескольких метров. По составу конкреции

могут быть опаловые, кремнистые, кварцевые, железистые, карбонатные,

фосфатные, пиритовые, марказитовые и др. Всю совокупность сложных

процессов формирования осадков или

седиментогенез и образования оса-

дочных горных пород или

диагенез Н.М.Страхов предложил называть

литогенезом (от греч. «литос» – камень). К постдиагенетическим процес-

сам, которым подвергаются уже сформированные осадочные горные по-

роды, относятся катагенез (от греч. «ката» – вниз), метагенез (от греч.

«мета» – после) и гипергенез (выветривание, преобразование).

Процессы

катагенеза протекают при погружении территории, когда

осадочные горные породы оказываются на значительной глубине, где ис-

пытывают влияние высоких температур и давления, а также воздействие

минерализованных подземных вод. Чем выше температура и чем больше

давление вышележащих слоев, тем сильнее осуществляется уплотнение

горных пород. При этом сильно меняется пористость породы, особенно

песков, песчаников и глин. Кварцевые пески и песчаники превращаются в

кварцитопесчаники, а глины, уплотняясь, превращаются в аргиллиты. Вы-

сокие температуры и большие давления способствуют развитию процес-

сов растворения, образованию новых вторичных минералов и частичной

перекристаллизации вещества.

Под

метагенезом понимают дальнейшее преобразование горных по-

род. По своей сути это начальная стадия метаморфизма. Эти процессы

протекают, когда горные породы оказываются на значительных глубинах

и испытывают большие давления и высокие температуры. Метагенез про-

исходит при мощности осадочной толщи свыше 7–8 км, температурах

200–300

°С и наличии минерализованных растворов.

§14. Понятие о фациях

Накопление осадков и преобразование их в осадочные горные породы

в процессе диагенеза происходят при соблюдении определенных законо-

мерностей, обусловленных физико-географическими условиями, в част-

ности, рельефом водоема и прилегающей суши, температурой воды и при-

земной части атмосферы, гидродинамикой, газовым режимом, степенью

удаленности от континента, глубиной бассейна осадконакопления, осо-

бенностями жизнедеятельности и распределения организмов. В течение

одного и того же времени, но в разных условиях формируются совершен-

но разные по способу образования и составу типы осадков. Так, в услови-

ях мелководного и спокойного по гидродинамическим условиям шельфа

накапливаются тонкие осадки, а более грубые формируются в условиях

активного движения вод, на тех же глубинах. В экваториальной и тропи-

ческой областях при слабом привносе терригенного материала с суши

образуются карбонатные осадки или формируются крупные биогермные

тела – рифы. Одновременно с ними на континентальном склоне накапли-

ваются турбидиты, а в абиссальной части океанов образуются тонкие

планктогенные и полигенные осадки.

Эти примеры показывают, что при формировании осадков существует

прямая связь между средой осадконакопления и самими осадками. Это

свидетельствует о том, что при всестороннем изучении осадка, определе-

нии его состава, текстурно-структурных особенностей и находящихся в

нем органических остатков, можно определить не только время образова-

ния самого осадка, но и восстановить условия, в которых происходило его

формирование и преобразование в горную породу. Эти сведения имеют

огромное значение для реконструкции физико-географических или палео-

географических условий геологического прошлого. С их помощью удает-

ся охарактеризовать этапы геологического развития территории.

Впервые на эти особенности обратил внимание в первой половине XIX

века швейцарский геолог А.Грессли, при изучении геологии Юрских гор в

Швейцарии. Он установил закономерную смену состава отложений одновоз-

растных горизонтов. Им впервые было введено понятие фация (от лат. «фа-

циес» – лицо, облик). Под фацией А.Грессли понимал отложения разного

состава и сложения, имеющие одинаковый геологический возраст и заме-

щающие друг друга по простиранию. В настоящее время под фацией пони-

мают комплекс отложений, отличающихся составом и физико-географи-

ческими условиями образования от соседних одновозрастных отложений.

Важнейшее значение при реконструкциях физико-географических усло-

вий геологического прошлого имеет фациальный анализ. При проведении

фациального анализа и изучения фациальной изменчивости отложений не-

обходимым условием является точное определение возрастной принадлеж-

ности осадков и правильная их корреляция (от лат. «корреляцио» – соотно-

шение, взаимосвязь). При этом проводится сопоставление слоев, пачек сло-

ев, либо горизонтов не только в отдельно взятых обнажениях, но и в уда-

ленных друг от друга районах. Корреляция, являясь основным методом для

составления фациальных профилей и обобщающих фациальных карт, дает

возможность составить палеогеографические или литолого-фациальные

карты территорий. При изучении фаций геологического прошлого доста-

точно широко используется метод актуализма (от лат. «актуалис» – совре-

менное, настоящее). Благодаря ему познается прошлое путем тщательного

изучения современных процессов и их сопоставления. Этот принцип впер-

вые был сформулирован английским ученым Ч.Лайелем.

Среди современных и ископаемых фаций различают три крупные ка-

тегории: морские, континентальные и переходные. В составе каждой из

них выделяется множество самостоятельных групп и подгрупп.

§15. Экологические особенности и полезные ископаемые

морских бассейнов

Занимая большую территорию земной поверхности (около 70,8%),

Мировой океан оказывает значительное влияние на континенты не только

в результате протекающих в его пределах огромных по масштабам геоло-

гических процессов, но и своими экологическими особенностями. В пер-

вую очередь экологические особенности Мирового океана обуславливает

тот факт, что он является конечным бассейном стока. Вследствие своего

самого низкого положения в рельефе Земли в нем концентрируются все

вещества, выносимые реками с суши и приносимые воздушными тече-

ниями. Реки и ветер сносят с континентов весь материал, который форми-

руется как в результате процессов выветривания, эрозии и денудации, так

и антропогенной деятельности, а среди последних встречаются в больших

концентрациях вредные и токсичные для живых организмов соединения.

Все эти вещества, находясь во взвешенном или растворенном состоянии,

накапливаются на морском дне и оказывают воздействие на жизнедея-

тельность морских и наземных организмов.

Мировой океан не только масштабный геологический фактор, но и про-

изводитель энергетических, минеральных и биологических ресурсов. Био-

продуктивность Мирового океана определяется биомассой животных и

водных растений и микроорганизмов. Их суммарная масса составляет

3,9

×10

т. Из них на шельфе содержится 0,27×10

т, в зарослях коралловых

рифов и водорослях – 1,2

×10

т, в эстуариях – 1,4×10

т, а в открытом океа-

не – 1

×10

т. В Мировом океане находится около 9 млн. т. органического

вещества в виде фитопланктона и около 6 млн. т. – в виде зоопланктона.

Кроме того, в прибрежных морских осадках широко распространены рос-

сыпи рудных и нерудных минералов, часто с промышленными концентра-

циями полезных компонентов. Среди современных осадков они встречаются

в пределах пляжей, на подводных береговых склонах, на приподнятых и по-

груженных морских террасах. Особенно большое значение имеют россыпи

магнетита (Fе

), ильменита (FеТiO

), рутила (ТiO

), касситерита (SnО

золота, алмазов и минералов, содержащих редкие и рассеянные элементы.

Наибольшим распространением пользуются ильменит-циркон-рутиловые

россыпи в Австралии. Вдоль восточного побережья они распространены поч-

ти на 1000 км. Титаново-циркониевые россыпи обнаружены в Бенгальском

заливе, россыпи с драгоценными минералами (рутил, сапфир) известны вдоль

берегов Шри-Ланки и Индии. Современные россыпи рутила, ильменита и

магнетита известны на пляжах Калифорнии, Флориды, Коста-Рики, Брази-

лии, Чили и Аргентины. Россыпи ильменита и минералов с радиоактивными

элементами накапливаются у берегов Новой Зеландии и Юго-Восточной

Азии, ильменита и магнетита – у берегов Индонезии. Многочисленные со-

временные россыпи различных рудных минералов известны вдоль всего ат-

лантического и индийского океанских побережий Африки. Известны совре-

менные россыпи алмазов, распространенные на прибрежных террасах среди

песков и песчано-гравийных осадков шельфа Юго-Западной Африки. Золо-

тоносные россыпи расположены вдоль западного побережья США и Канады,

а платиноносные известны в Канаде в районе залива Гудньюс.

К осадкам шельфа и прилегающей части континентального склона при-

урочены богатые залежи фосфоритов. Они представлены как зернистыми

разностями, так и конкреционными стяжениями разной формы и размера. В

пределах ложа Мирового океана, особенно в его тихоокеанской части, ши-

роким распространением пользуются железомарганцевые конкреции.

Сами по себе осадочные горные породы и осадки также являются цен-

ными полезными ископаемыми. Пески, песчаники, гравий, щебень, глины,

мергели, известняки, доломиты широко используются в металлургии, при

производстве стекла, в строительстве, а также в других отраслях промыш-

ленного производства.

§16. Поверхностные воды суши

Воды, попадающие на земную поверхность и текущие по ней, называ-

ются поверхностными текучими водами. Это струи, возникающие при

выпадении дождя и таяния снега, ручьи, речки и реки, вплоть до вели-

чайших рек мира. Движение поверхностных вод производит огромную

геологическую работу. Чем больше масса воды, тем больший объем рых-

лого материала она может перенести. Поверхностные воды являются

сильнейшим геологическим фактором, существенно преобразующим лик

Земли. Их геологическая работа складывается из смыва, размыва, перено-

са продуктов разрушения горных пород и отложения (аккумуляции) этих

продуктов. Возникающие при этом отложения носят название флювиаль-

ных (от лат. «флювиос» – река, поток). По характеру и результатам дея-

тельности поверхностных вод можно выделить три их вида: плоскостной

безрусловый склоновый сток; сток временных потоков; сток постоянных

водотоков.

Плоскостной склоновый сток. Во время выпадения дождей и таяния

снега вода стекает по наклонным поверхностям и по склонам возвышен-

ностей, холмов и гор или в виде сплошной пелены или густой сети от-

дельных струек. Живая сила таких струек весьма невелика, и вода захва-

тывает только мелкозернистый материал, подготовленный выветривани-

ем, и перемещает его вниз по склону. Происходит склоновый плоскостной

смыв. Часть смываемого рыхлого материала отлагается в нижней части

склона или у его подножия. Подобный процесс называют делювиальным

(от лат. «делюо» – смываю), а возникшие в результате действия этого

процесса отложения – делювием.

Делювиальные отложения располагаются в виде шлейфов, которые

имеют наибольшую мощность у подножия склона. Наиболее характерны

протяженные делювиальные шлейфы в пределах равнинных рек степных

районов умеренного пояса, а также субтропического и тропического поя-

сов в зоне сухих саванн. По мере выполаживания склона скорость водных

струек и их сила уменьшаются. Поэтому в нижней части склона смывает-

ся и переоткладывается все более тонкий материал. В равнинных областях

делювий состоит главным образом из суглинков и супесей. Наибольшая

мощность делювия достигает около 20 м. Его наибольшая мощность на-

блюдается у основания склона, а вверх по склону она уменьшается. В гор-

ных областях типичных делювиальных осадков практически нет. Вместо

них в связи с развитием гравитационных процессов на склонах формиру-

ются обвальные или осыпные гравитационные (деляпсивные) отложения.

Деятельность временных русловых потоков. Среди временных ру-

словых потоков в зависимости от рельефа местности выделяются два ти-

па: на равнинах возникают временные потоки оврагов, а в горах – вре-

менные горные потоки.

Образование и развитие оврагов. Равномерный плоскостной смыв про-

исходит только на участках относительно ровных склонов. Но в реально-

сти на склоне наблюдаются различные неровности, понижения, ложбин-

ки, как естественные, так и созданные руками человека. Встречая такие

углубления и понижения, отдельные струи воды сливаются в более мощ-

ные струи, которые начинают размывать склон, создавая на нем различ-

ные рытвины. Так, на склонах начинается процесс размыва или эрозии (от

лат. «эродо» – размываю). По сути дела образование рытвин – это заро-

дышевая стадия развития оврага (рис. 21). Начало оврагообразования свя-

зано в большинстве случаев со склонами долин рек, в которые впадают

текущие с возвышенностей потоки воды.

Рис. 21. Стадии оврагообразования (стрелкой показано направление регрес-

сивной (попятной) эрозии)

В возникших рытвинах по мере накопления большого количества воды

начинается боковой и донный размыв. Усиливающаяся эрозионная дея-

тельность приводит к росту рытвины вверх и вниз по склону. По мере

углубления профиль оврага постепенно выполаживается, его устье дости-

гает того места, где поток впадает в реку. Уровень реки или какого-то

другого водоема, куда впадает временный поток, называется местным

базисом эрозии. По мере углубления оврага он растет в сторону вершины.

Такой процесс роста вверх по течению временного потока оврага называ-

ется регрессивной (от лат. «регрессус» – движение назад), или попятной

эрозией. По мере роста оврага в сторону водораздельного плато на его

склонах появляются промоины и рытвины, которые со временем также

превращаются в овраги. Постепенно возникает ветвящаяся овражная сис-

тема (рис. 21, в), расчленяющая местами не только склоны, но и об-

ширные водораздельные пространства.

Вода, движущаяся в овраге, захватывает осыпные и другие гра-

витационные, элювиальные и делювиальные образования, переносит их,

частично откладывая по пути своего движения. Так образуются мало-

мощные овражные отложения. Особенно сильно аккумулятивная деятель-

ность временных водотоков проявляется в низовьях оврага и при его вы-

ходе в долину реки или другие водоемы. В этих местах образуется конус

выноса, сложенный неотсортированным обломочным материалом мест-

ных пород. Наиболее разветвленная сеть глубоких оврагов образуется в

районах развития легко размываемых горных пород, таких как лёссовид-

ные суглинки и тонкозернистые пески. Прекрасным примером развития

оврагов служит Среднерусская равнина, представляющая собой эрозион-

но-денудационную плоскую равнину, расчлененную густой сетью овра-

гов. Множество оврагов располагается на Приволжской и Волыно-

Подольской возвышенностях.

Довольно часто овраги покрыты растительностью и тогда они называ-

ются балками. Впечатляет скорость роста оврагов. В бассейне нижнего

течения Дона овраги растут со скоростью 1–1,5 м/год, а на равнинах Се-

верного Кавказа 2–3 м/год. Оврагообразованию способствуют не только

сугубо природные факторы, но и хозяйственная деятельность человека. В

частности, это вырубка лесов, уничтожение растительности на склонах

речных долин и их распахивание, заложение грунтовых дорог и канав в

направлении вниз по склону. Густая сеть овражно-балочных систем, рас-

членяющих склоны возвышенностей Восточно-Европейской равнины,

наносит огромный ущерб сельскому хозяйству, а иногда угрожает насе-

ленным пунктам.

Деятельность временных горных потоков. На склонах гор периодиче-

ски после ливневых дождей и обильного снеготаяния возникают горные

потоки. Их верховья располагаются в верхней части горных склонов и

представлены системой сходящихся рытвин и промоин, которые вместе

образуют водосборный бассейн. В рельефе он представляет собой крупную

воронку, расположенную наподобие амфитеатра. Ниже по склону вода

движется по единому руслу. Этот участок горного потока называют кана-

лом стока. Во время сильных дождей и интенсивного снеготаяния времен-

ные горные потоки движутся с большими скоростями, захватывая огром-

ные массы обломочного материала, подготовленного другими геологиче-

скими процессами. При выходе на предгорную равнину скорость движения

потока уменьшается, он начинает ветвиться на множество рукавов в виде