Осадконакопление в морях

Кроме продуктов разрушения берегов в Мировой океан поступает с суши огромная масса минеральных веществ, сносимых реками и в меньшей степени ледниками и ветром. Эти вещества, находящиеся в виде обломков, а также в составе истинных и коллоидных растворов, осаждаются в различных участках моря, подчиняясь особенностям гидродинамического и гидрохимического режимов бассейна.

В образовании морских осадков помимо принесенного материала принимают участие скелетные остатки организмов, населяющих морской бассейн. Небольшая доля материала, осаждающегося в морях и океанах, приходится на продукты вулканической деятельности (лавы при подводных извержениях; пепел, переносимый ветром), метеориты и космическую пыль (таблица 14.2).

Таблица 14.2

Морские осадки чрезвычайно разнообразны. Они различаются размерами обломочных частиц, количественным соотношением обломочного материала и материала химического происхождения, минеральным составом тех и других компонентов, а также фаунистической характеристикой. В одних районах остатки фауны и флоры содержатся в морских, осадках в изобилии, в других присутствуют в виде единичных экземпляров, в третьих, отсутствуют вообще. Различие характера морских осадков является следствием исключительного разнообразия физико-географических условий, в которых происходит их накопление. Изучение современных осадков показывает, что главными факторами, определяющими тип морских отложений, являются рельеф и глубина морского дна, а также степень удаленности береговой линии и климатические условия. В соответствии с этими особенностями в пределах Мирового океана выделяются следующие зоны со специфическими условиями осадконакопления: литоральная — в приливно-отливной зоне, мелководная — в области шельфа, батиальная — в области континентального склона и абиссальная, охватывающая области ложа Мирового океана и глубоководных впадин (рисунок 39). Осадки, формирующиеся в литоральной и мелководной зонах, называются не — ритовыми, а в батиальной и абиссальной зонах — пелагическими.

Рисунок 14.4 – Зоны отложения морских осадков и их сооотношение с областями рельефа дна Мирового океана

В зависимости от происхождения (генезиса) осадочного материала выделяются осадки терригенного, органогенного и хемогенного типов.

Неритовые осадки. В пределах литоральной и мелководной зон формируются терригенные, хемогенные и органогенные осадки. В связи с тем, что эти зоны находятся в непосредственной близости к источникам разрушения и сноса, терригенные осадки здесь преобладают.

Характер литорального осадконакопления чрезвычайно изменчив и тесно связан с морфологией берега. У пологих плоских берегов формируются органогенные карбонатные по составу осадки и так называемые пляжевые осадки. Органогенные осадки образуются за счет накопления остатков фауны и флоры, в изобилии населяющей литораль на плоских побережьях, причем особенно велика роль растительности и прикрепленных животных. Пляжевые осадки состоят из материала, вынесенного с суши и переработанного волнами, или из материала, выброшенного морем (например, обломков раковин), или из смеси того и другого. Как правило, преобладает обломочный, песчаный материал. Для этих отложений характерна значительная изменчивость в направлении, как перпендикулярном к береговой линии, так и вдоль ее простирания.

Характерен и рельеф полосы пляжа. Разбивающиеся о фронтальную зону волны выбрасывают переносимый материал на берег, где образуется береговой вал. Высота его обычно несколько превышает среднюю высоту волны.

При откате волн во фронтальной зоне возникает замкнутая прибрежная циркуляция воды, производящая основную работу по переотложению и скатыванию обломков. В зоне наибольшего отката волн образуется подводный вал, протягивающийся параллельно берегу.

Многократное перемещение обломков — продуктов абразии — обусловливает их дифференцированное по массе отложение. Наиболее крупные обломки (валуны, галька) переносятся на минимальные расстояния и слагают береговой вал, дальше в море уносятся песчаные частицы разного размера, затем алевритовые и, наконец, глинистые. Естественно, что в конкретных геологических условиях в зависимости от прочности пород берега и интенсивности процесса абразии приведенная зональность обломков по дисперсности может смещаться в направлении как берега, так и моря. Однако закономерное увеличение дисперсности обломков по мере удаления от берега в целом, как правило, выдерживается. Наиболее тонкодисперсные (илистые) осадки заполняют самые погруженные котловины, а в прибрежной зоне обычно распространены грубозернистые осадки.

К мелководной области морей и океанов относятся также мелкие затишные участки заливов и бухт, в которых накапливаются илы различного типа. На плоских побережьях в тропиках располагаются заболоченные низины с пышной своеобразной растительностью. При отмирании растений здесь в широких масштабах идет накопление органического вещества, которое в дальнейшем при захоронении осадков и прогибании данного участка земной коры может преобразоваться в угли. Угленосные толщи, сформировавшиеся в прибрежно-морских заболоченных равнинах, выделяются под названием паралических.

Иначе идут процессы осадконакопления у крутых, обрывистых, сложенных крепкими и плотными породами берегов. Как уже отмечалось, прибой достигает в таких местах максимальной силы, волны интенсивно разрушают коренные породы, образуя волно-прибойную нишу и террасу. На террасе накапливается неотсортированный обломочный материал различной величины и формы. Морские волны сортируют этот материал и окатывают остроугольные обломки, постепенно превращая их в гравий и гальку. Частицы более мелкой размерности выносятся в море и не накапливаются у берега. Поскольку сортировка и окатанность терригенного материала бывают весьма различными, среди древних прибрежных отложений, сформировавшихся у крутых берегов, в ископаемом состоянии обнаруживаются такие породы, как конгломераты, брекчии или переходные образования. Органические остатки в таких породах встречаются крайне редко, так как среда, в которой происходит накопление грубообломочного материала, неблагоприятна для их обитания. Представлены они, как правило, фауной с толстостенными раковинами или организмами, высверливающими норы в твердом грунте.

Характер осадков мелководной зоны в значительной степени определяется также рельефом водосборных площадей, т. е. прилегающих участков континента, откуда в морской бассейн поступает минеральное вещество. При расчлененном рельефе водосборов, с которых сносится огромная масса обломочного материала, в мелководной зоне накапливаются терригенные осадки. Как уже отмечалось, под действием волн происходит закономерное распределение обломочного материала в литоральной и мелководной зонах. Более грубые осадки — глыбы, галька, гравий и т. п. — отлагаются ближе к берегу, за ними в направлении к внешней границе шельфа располагается зона песчаных осадков, затем алевритовых и, наконец, глинистых. Органическая жизнь на участках шельфа, прилегающих к водосборам с расчлененным рельефом, подавлена, поэтому органогенные осадки развиты здесь ограниченно. Карбонатные органогенные осадки могут формироваться лишь на значительном удалении от берега.

В мелководную зону, прилегающую к водосборам с плоским рельефом, обломочный материал практически не поступает. Минеральное вещество доставляется с суши лишь в форме растворов. Обилие света и питательных веществ создает благоприятные условия для развития органической жизни. Население таких шельфов исключительно разнообразно, характеризуется массовостью и представлено организмами с известковым скелетом. Здесь в широких масштабах накапливаются органогенные карбонатные осадки, состоящие из целых и раздробленных раковин.

Своеобразной формой органогенных карбонатных накоплений являются органогенные постройки, растущие со дна морей и возвышающиеся над средним уровнем дна. При приближении таких построек к поверхности воды они превращаются в рифы. Современные органогенные постройки чаще всего возводятся коралловыми полипами. Это морские одиночные или колониальные животные, ведущие прикрепленный образ жизни. Отдельная особь обладает известковым скелетом в виде небольшой камеры, или кораллита. У колониальных кораллов каждое последующее поколение полипов расселяется, прикрепляясь к кораллитам уже отмершего предшествующего поколения. Так образуется колония, у которой живет и развивается только верхняя часть, а нижняя представляет собой твердый известковый остов. Размеры колоний могут быть различными, часто крупными. Для существования кораллов необходимы определенные условия морской среды — скалистое дно, нормальная соленость воды и сравнительно небольшая глубина, примерно 5—40 м. В ряде случаев коралловые постройки достигают значительной высоты, намного превышающей названную глубину. Объясняется это тем, что рост их происходит одновременно с опусканием морского дна.

В изучение механизма образования коралловых рифов основной вклад сделан Ч. Дарвином. Он считал, что коралловые постройки могут формироваться только в тропических морях при среднегодовой температуре 23—25°С. Однако позже они были обнаружены в умеренных и даже полярных широтах, правда, размеры их здесь значительно меньше, чем в тропических зонах.

По размерам, форме и положению в морском бассейне коралловые рифы подразделяются на береговые, барьерные и атоллы (рисунок 14.5).

Рисунок 14.5 – Виды органогенных построек

Береговым рифом называется постройка, которая прослеживается вдоль берега и отделена от него узкой и неглубокой полосой воды.

Барьерный риф — постройка крупного размера, расположенная на значительном расстоянии от побережья и отделенная от него довольно широкой (в несколько километров) и относительно глубоководной полосой моря. Барьерные рифы часто располагаются у внешней границы шельфа.

Атолл представляет собой риф, который в плане имеет кольцевую форму. Внутри рифового кольца располагается лагуна — мелководный участок моря, сообщающийся с открытым морем одним или несколькими проливами. С наружной стороны атолла находится более глубоководная зона. Во внутренней лагуне кольцевого рифа, а также на периферии рифов любого типа накапливаются продукты абразии самой органогенной постройки. Представлены они хорошо скатанными обломками скелетных остатков кораллов и других организмов и образуют своеобразный генетический тип осадков: раковистый гравий (при размере обломков более 2 мм) и раковистый песок (менее 2 мм). Основанием атоллов часто служат выступы океанического дна, вулканические конусы, гайоты.

В литоральной и мелководной зонах откладывается основная масса осадков, которые в дальнейшем преобразуются в осадочные горные породы. Скорость накопления неритовых осадков значительно выше, чем пелагических, формирующихся в батиальной и абиссальной зонах. В литоральной и мелководной зонах отлагается до 99 % материала поверхностного стока рек и только 1 % идет на образование пелагических осадков. Например, только в течение кайнозоя на шельфе Атлантического океана у берегов США накопилась толща осадков мощностью более 500 м, а общая мощность осадочных пород Мексиканского залива, по-видимому, превышает 15 км. Значительную часть разреза этих пород составляют соленосные отложения, так называемые эвапориты. Они образуются в мелководных бассейнах аридных областей с преобладанием испарения над поступлением вод. Такие бассейны, обычно расположенные в мелководной зоне и примыкающие к континентам, называются лагунами.

Лагуна представляет собой залив, соединяющийся с основным морским бассейном узким мелководным проливом. Вследствие этого водообмен между лагуной и открытым морем затруднен, что и определяет в ней аномальную соленость вод. Различают лагуны с осолоненными и опресненными водами. Повышенная концентрация солей характерна для лагун, расположенных в областях аридного климата, и обусловлена усиленным испарением вод с их поверхности. Опресненные лагуны находятся в зонах гумидного климата при условии усиленного стока пресных вод с континента. Осадки опресненных лагун, примером которых может служить Азовское море, близки к осадкам мелководной зоны в целом. Что касается осолоненных лагун, то в них накапливаются в основном хемогенные осадки. В зависимости от степени осолонения лагун в них отлагаются карбонатные, сульфатные или галоидные осадки. К последним относятся различные соли, представленные такими минералами, как галит NaCl, мирабилит NaSO4´10H2O, астраханит MgNa2(SO4)2´4H2O.

Самой крупной осолоненной лагуной на территории СССР является залив Кара-Богаз-Гол, концентрация солей в котором в 20 раз выше, чем в Каспийском бассейне. Отложения древних осолоненных лагун, находящихся в ископаемом состоянии, широко распространены в пределах земного шара и имеют большое промышленное значение как химическое сырье;

Пелагические осадки. В пределах батиальной и абиссальной зон существуют специфические условия, которые определяют характер формирующихся осадков. Во-первых, в эти зоны, обычно удаленные от берега, терригенный материал поступает в незначительном количестве, главным образом в виде взвешенных в воде тонкодисперсных частиц, переносимых течениями. Во-вторых, отсутствие света и пониженные температуры делают эти зоны мало пригодными для жизни бентальных организмов. В-третьих, здесь отсутствуют волнения, способствующие перераспределению и взмучиванию осадочного материала. Тем не менее среди осадков батиальной и абиссальной зон присутствуют терригенные тонкозернистые разности, органогенные, представленные остатками планктонных организмов, хемогенные и вулканогенные.

К терригенным отложениям этой части дна Мирового океана относятся зеленые, синие, черные и красные илы. Зеленые илы встречаются у берегов Испании, Южной Африки и Северной Америки. Их окраска обусловлена присутствием минерала глауконита. Зеленые глауконитовые илы располагаются у верхней границы континентального склона, реже опускаются до 1—2 км. Они более грубозернистые по сравнению с илами других типов и часто переходят в тонкозернистые песчаные разности. К зоне глауконитовых осадков обычно приурочены конкреции фосфорита. Синие и черные илы состоят из частиц пелитовой размерности; они сильно обогащены органическим веществом, издают запах сероводорода. Темный цвет осадка обусловлен присутствием пирита и марказита в тонкодисперсной форме. Образование синего и черного илов происходит в восстановительной среде, а основной областью их распространения является континентальный склон с прилегающей частью ложа Мирового океана.

Красные илы также сложены частицами пелитовой размерности. Цвет их обусловлен присутствием оксидных минералов железа (лимонит, гематит). Такой ил образуется в морях, прилегающих к континентам, где развиты красноцветные коры выветривания, в частности, у берегов Бразилии, в Японском море, в юго-восточной части Черного моря. Распространение красного ила, таким образом, носит локальный характер.

Изучение глубоководных донных илов показывает, что их цвет не случаен, а отражает особенности среды их формирования.

Органогенные осадки области континентального склона представлены известковыми илами, которые состоят из остатков планктонных организмов — фораминифер, известковых водорослей и др. Эти осадки широко распространены и встречаются на глубинах до 3 км.

Исследование океанического дна показало, что на средних океанических глубинах вдали от континентов дно Мирового океана покрыто илами, несколько отличными от илов области континентального склона. Это органогенные илы трех типов — глобигериновые, радиоляриевые и диатомовые. Глобигериновые илы окрашены в белый, слегка желтоватый или розовый цвет, в сухом виде напоминают писчий мел, бурно реагируют с кислотой, что указывает на их высокую карбонатность. Содержание карбонатов в глобигериновом иле выше, чем в известковых илах континентального склона. Изучение ила под микроскопом показало, что он почти целиком сложен остатками планктонных организмов — глобигерин, имеющих известковый скелет и населяющих воды тропической и умеренной зон. Этот ил широко распространен; он покрывает дно океанов на площади во многие сотни и тысячи километров при глубинах дна до уровня карбонатной компенсации, т. е. не более 4,5 км. Глубже известковые осадки накапливаться не могут, так как с этой глубины начинается растворение карбонатного материала.

Радиоляриевые илы сложены остатками кремнистых водорослей — радиолярий и распространены на глубинах от 4,5 до 8 км. Это самые глубоководные органогенные илы, формирующиеся в тех участках дна, где карбонатный материал уже не может накапливаться. Радиоляриевым илом покрыты обширные пространства, составляющие около 41 % всей площади ложа Мирового океана.

Органическое вещество отмирающих организмов довольно быстро растворяется в морской среде, и только в условиях массовой гибели организмов в породу попадает некоторое его количество. Такие условия существуют, например, вблизи «черных курильщиков» — очагов глубинных газов в центральных районах океана, в пределах рифтовых долин. Высокая температура выделений газов способствует массовой гибели организмов и обогащению органическим веществом окружающих осадков.

Содержание органического вещества, захороненного вместе с основными осадками, в среднем невелико и обычно не превышает I—2 %. Однако изучение органического вещества очень важно, так как оно представляет собой исходный материал для образования природных углеводородов — газа и нефти.

По мере приближения к полярным областям глобигерины и радиолярии постепенно смешиваются с другими планктонными организмами, среди которых ведущее место занимают диатомеи — микроскопические водоросли с кремнистым скелетом. Соответственно глобигериновые и радиоляриевые илы сменяются диатомовыми, состоящими преимущественно из остатков диатомей. Эти илы распространены в холодных морях высоких широт на глубинах главным образом от 1 до 6 км. Иногда они встречаются и в глубоководных желобах.

Таким образом, для осадков континентального склона характерно зональное распределение в зависимости от глубины моря, рельефа дна и удаления от берега. Однако эта зональность иногда нарушается явлением так называемой лавинной седиментации, при которой накопленные на шельфе осадки срываются с бровки и лавиной скатываются вниз, образуя у подножия склона конусовидные тела мелководных осадков, залегающие среди более глубоководных. Такие тела носят название турбидитов.

На глубинах свыше 6—8 км развиты осадки, выделяемые под названием красной океанической глины. Красная глина покрывает значительную часть площади Мирового океана (36 %) и имеет небольшую мощность. Она состоит из пелитовых частиц и содержит ушные кости китов, зубы акул, материалы вулканегенного происхождения и метеоритную пыль. Небольшая мощность красной океанической глины, а также высокое относительное содержание в ней органических остатков и метеоритной пыли указывают на исключительно медленное ее накопление.

В целом мощность пелагических осадков невелика, редко превышает 300—500 м и только в пределах пассивных океанических окраин измеряется многими километрами.

Для общего распределения осадков на дне Мирового океана характерны следующие закономерности.

1. Широтная климатическая зональность, соответствующая 1 зональности суши. В пределах Мирового океана, как и на континентах, выделяются зоны ледовые (северная и южная), гумидные (северная, экваториальная и южная) и аридные (северная и южная). Основная часть осадков накапливается в гумидных зонах.

2. Возрастание мощности осадков с приближением к континенту, являющемуся поставщиком осадочного материала.

3. Вертикальная зональность — с глубиной Мирового океана уменьшаются размеры обломочных частиц и количество биогенного материала.

Таким образом, наряду с разрушением берегов (абразией) и наступанием моря на сушу в Мировом океане происходит непрерывное накопление осадков. Особенно быстро этот процесс идет в мелководной зоне, где образуются отмели, косы и даже острова.