Образование осадков в Мировом океане

Согласно современным исследованиям, ежегодно в Мировой океан поступает следующее количество различного в генетическом отношении материала (в млрд. т):

из литосферы 25,33

в том числе — взвеси в речных водах 18,53;

в растворенном виде (соли, органические соединения, коллоиды) 3,20;

вынос льдами 1,50;

вынос ветром 1,60;

результат абразии 0,50

из недр Земли 3,00

из космоса до 0,08

Приведенные цифры показывают, что основную массу материала составляет твердое вещество, вынесенное с суши (из области размыва) в Мировой океан (в область осадконакопления), то, что называют «твердый сток». Ежегодный объем вулканогенного материала весьма приблизителен, несмотря на то что подсчет проводился по вулканам, действовавшим в период с 1500 года по наши дни; это преимущественно наземные вулканы и материал их извержений фиксировался главным образом на суше; вероятно, объем морских вулканогенных образований был значительно меньше, так как по современным наблюдениям ежегодно происходят лишь 2—3 подводных извержения. Однако в геологическом прошлом, даже недалеком, ситуация могла быть существенно иной. Космический материал играет незначительную роль.

Распределение твердого вещества в Мировом океане в идеальном случае должно быть связано прежде всего с механической (гранулометрической) дифференциацией, т. е. с приспособлением частиц осадка к динамическим условиям в среде осадконакопления. По мере удаления от берега в осадок переходят все более мелкий обломочный материал, а при равных размерах частиц — все более легкий материал. Отсюда возникает представление о идеализированной схеме распределения осадков в морских бассейнах. По этой схеме вблизи берега располагается зона терригенных илов, которую сменяет зона гемипелагических (переходных от терригенных к пелагическим) илов и, наконец, на наибольшем удалении от берега находится зона пелагических илов. В первой зоне преобладает терригенный, часто грубый материал, во второй — мелкий терригенный материал находится в смеси с материалом пелагическим (хемогенным и биогенным), в третьей — преобладает пелагический материал. Эта схема находит реальное отражение в ниркумконтинентальной (обрамляющей материки) зональности размещения различных типов осадков на поверхности дна. Так, терригенные обломочные осадки как и основные массы терригенного материала тяготеют к приконтинентальной области, к шельфу, гемипелагические — к периферии шельфа и континентальному склону, пелагические — к центральным океанским областям.

Однако целый ряд факторов вносят изменения в идеализированную схему распределения осадков. Среди них следует назвать климат, рельеф прилегающей суши, рельеф морского дна, течения; особое место в этом ряду занимает вулканизм.

Климат. Специфическое сочетание тепла и влаги позволяет выделять климатические пояса Земли с разнообразными природными ландшафтами. Климатические зоны прослеживаются не только на континентах, но и в океанских акваториях. В 60-е годы Н. М. Страховым было установлено, что на континентах ведущим фактором литогенеза (осадкообразования и диагенеза) является климат; были выделены три зависящие от климата типа литогенеза — ледовый, гумидный и аридный. Зональное распределение тепла и влаги в океанских акваториях находит отражение в характере испарения, в солености и температуре воды, а значит, в развитии течений, в распределении организмов и, наконец, в процессах осадкообразования. В 70-е годы А. П. Лисицын установил зоны литогенеза в Мировом океане, которые являются широтным продолжением континентальных зон — гумидные (экваториальная и умеренные), аридные и ледовые. Естественно, различие океанских и континентальных ландшафтов определяет различие и в процессах образования осадков, но существуют факторы, действующие на континентах и одновременно находящие прямое отражение в областях океанской седиментации. Это выветривание, подготавливающее материал к транспортировке, и сама транспортировка.

Скорость формирования элювия в процессе выветривания тесно-связана с континентальной климатической зональностью и изменяется в широких пределах от ледовой и аридной зон к умеренной и экваториальной гумидным. В экваториальной зоне она в тысячи раз больше, чем в ледовой и аридной. Меняется и сам характер выветривания; в ледовой и аридной зонах происходит физическое выветривание, в гумидных зонах преобладает химическое выветривание. От зоны к зоне меняется объем новообразованного рыхлого материала, изменяется также его гранулярный и минеральный состав. В ледовой зоне главным образом развиты щебень, дресва, грубые пески, а тонкий илистый пелитовый материал представлен в малых количествах; в умеренной гумидной зоне наряду с грубым материалом присутствует и значительная доля пелитового материала; аридная зона характеризуется развитием песчано-алевритового и пелитового материала в почти равных количествах, в то время как в экваториальной гумидной зоне резко преобладает пелитовый материал (рис. 18).

Распределение типов шельфовых осадков в зависимости от географической широты

Рис. 18. Распределение типов шельфовых осадков в зависимости от географической широты (климатических зон). По М. Хейсу (1976 г.)

1 — известняки-ракушечники; 2 — рифогенные известняки; 3 — илы; 4 — пески; 5 — гравий и галька

Меняется по зонам и минеральный состав подготовленного к транспортировке материала. В ледовых и аридных областях сохраняются почти без изменений минералы исходных пород, много обломков горных пород, редки гидрослюды. В умеренных гумидных зонах наблюдаются изменения, связанные с активно идущими процессами химического выветривания: редко встречаются обломки горных пород, минеральные зерна несут следы выветривания (особенно хорошо это видно на зернах калиевых полевых шпатов), увеличивается доля гидрослюд и глинистых минералов. В экваториальной гумидной зоне эти преобразования проявляются наиболее ярко: нет обломков пород, без изменений сохраняются лишь такие устойчивые минералы, как кварц, магнетит, циркон; широко представлены гидрослюды, глинистые минералы, гидроокислы железа.

В различных климатических зонах доминируют разные транспортирующие агенты. В ледовых зонах это подвижные льды, в аридных — ветер, в зонах гумидного климата основной транспортирующий агент —реки, а роль воздушного или ледового переноса ничтожно мала. Количество и состав осадочного материала, переносимого реками, зависит от интенсивности эрозии, а последняя определяется не только климатическими особенностями, но и характером коренных пород, рельефом местности и, что очень важно, растительным покровом, предохраняющим от размыва. Так, например, для территории СССР (зона умеренного гумидного климата) показано, что реки с мутностью воды менее 50 г/м3 типичны для тайги и тундры, 50—150 г/м3—для лесо-степей, 150—500 г/м3 —для степей, более 500 г/м3 —для различных горных районов. Эта же закономерность видна и на примере Южной Америки и Африки.

Основная часть материала, вынесенного реками, осаждается вблизи устьев, формируя огромные подводные конусы выноса. В гумидной зоне конусы выноса рек часто сливаются в единый пояс протяженностью в сотни километров. В зонах ледового литогенеза материал переносят только ледники, а в холодных частях умеренных зон — кроме того морские и речные льды. В зонах аридного литогенеза преобладает эоловый перенос материала как местный, так и дальний в высоких слоях атмосферы. Поэтому основная масса материала, переносимого ветрами, достигает центральной части океана. Это определяет достаточно важную роль терригенного эолового материала в пелагических осадках.

Рельеф прилегающей суши. Обычно для прибрежной зоны моря характерны песчаные осадки, однако они часто уступают место как тонким илистым, так и грубым гравийно-галечниковым образованиям.

Формирование илистых отложений вблизи берега наблюдается в том случае, когда рельеф прилегающей суши равнинный. Илистые осадки наблюдаются в заливах и проливах, закрытых песчаными косами, но прежде всего в приустьевых участках прибрежной зоны, т. е. там, где крупные равнинные реки, впадающие в море, выносят большое количество тонкозернистого материала и где отсутствуют сильные морские течения.

Наличие грубых галечниковых образований характерно для прибрежных участков в зоне развития холмистого и, особенно, гористого рельефа. Бурные горные реки и абразионная деятельность самого моря поставляют в прибрежную зону моря массу грубого обломочного материала — глыб, валунов, гальки, которые перемещаются вдоль берега волнами и образуют протяженные, но узкие лентовидные поля в волноприбойной зоне.

Рельеф морского дна. На дне океана выделяют несколько геоморфологических элементов:

1) подводную окраину материков, куда входят шельф, континентальный склон и его подножие,

2) переходную зону, включающую глубокие котловины окраинных морей, островные дуги и глубоководные желоба,

3) ложе океана с котловинами и поднятиями,

4) срединноокеанские хребты.

Распределение осадков в указанных геоморфологических элементах дна подчинено циркумконтинентальной зональности, отражающей идеализированную схему распределения осадков. Микроформы рельефа дна существенно нарушают эту схему.

Шельфы — наиболее ровные участки дна — осложнены микроформами рельефа, имеющими часто субаэральное происхождение (Северное море, Яванское море и др.). Континентальный склон состоит из ряда ступеней и расчленен подводными каньонами. Континентальное подножие представляет собой наклонную равнину с холмами и долинами, часто с подводными каньонами, начинающимися на континентальном склоне. Ложе океана имеет замкнутые котловины с холмистым или выровненным дном, отделенные вытянутыми горными грядами; повсюду в пределах котловин наблюдаются одиночные горы (как правило вулканические).

Площадная дифференциация осадков по размерам слагающих их частиц определяется микрорельефом дна и гидродинамическими условиями морского бассейна, что особенно четко проявляется в прибрежной зоне шельфа. В поверхностных волнах вода испытывает как колебательное, так и круговое движение по вертикали. Но на глубине, равной половине длины волны, движение частиц весьма незначительно и им можно пренебречь. 3qHa волнового воздействия в океанах прослеживается до глубин около 100 м, во внутренних морях (Черное, Каспийское) до 25 м, в крупных озерах до 10 м, а в мелких до 1,5 м. Если дно находится в зоне воздействия волн, vo вода в придонной области имеет поступательно-возвратное движение в горизонтальной плоскости и переводит обломочный материал во взвешенное состояние. При затухании волнения взвешенной обломочный материал вновь осаждается, причем первыми опускаются на дно крупные частицы, а мелкие, находясь еще во взвеси, переносятся течениями в другие участки, где и осаждаются. Так постепенно в зоне воздействия волн накапливается грубый (псефитовый и псаммитовый) обломочный материал, а мелкообломочный перемещается на участки, расположенные вне зоны волнового воздействия.

Поверхность, определяющая нижнюю границу зоны волнового воздействия, в разных бассейнах находится на различной глубине, что связано с размером волн. Соответственно на разной глубине в морях находится и «иловая линия», т. е. линия пересечения морского дна с нижней границей зоны волнового воздействия. Иловая линия разделяет зоны развития песчаных и илистых осадков (рис. 19). Наличие в области развития илистых осадков подводных поднятий, в пределах которых глубина менее критической, приводит к появлению отмелей с песчаными осадками или органогенными карбонатными (устричные банки).

Течения. Почти вся масса воды в Мировом океане находится в состоянии непрерывного движения; застойные воды следует рассматривать как исключение из этого правила. Течения образуются в результате воздействия ветра на поверхность воды, смены приливов и отливов, изменения плотности воды в связи с изменением солености или температуры. Такие водные потоки отделяют илистый материал от песчаного на участках дна, расположенных ниже зоны волнового воздействия, или размывают дно.

Важным фактором осадконакопления в последнее время признают мутьевые (суспензионные) потоки —течения тонкодисперсных суспензий (взвесей) в воде, обладающей меньшей плотностью, чем суспензия. Начало потоку дают оползни, возникающие самопроизвольно или в связи с тектоническими движениями, на участках континентального склона. При движении осадок разжижается и оползни превращаются в мутьевые потоки, которые стекают главным образом по подводным каньонам и интенсивно размывают дно. В зоне континентального подножия скорость потока уменьшается и содержащийся в нем обломочный материал выпадает в осадок.

Вулканизм. С вулканами связано особое, эффузивно-осадочное накопление вулканического материала на дне морей и океанов, которое наблюдается в районах действия вулканов как подводных, так и наземных. Активные вулканы, как и находящиеся в сольфатарной стадии, являются источниками своеобразного осадочного материала — рыхлых продуктов извержения лав (в том числе и пемзы), а также растворенных соединений.

Наземные вулканы — главные поставщики пирокластического материала; наиболее грубые фракции накапливаются в непосредственной близости от очага извержения, тонкие — преобладают на удалении в десятки и первые сотни километров от кратера (локальные выпадения) или в сотни и тысячи километров (тропосферные или стратосферные выпадения

Для подводных вулканов не характерны взрывные извержения; продуктами извержения являются лавы, а пирокласты составляют не более 7%; все продукты извержения почти полностью выпадают локально. Особняком стоят базальтовые лавы, непрерывно формирующиеся на дне океанов в рифтовых зонах срединноокеанских хребтов из эндогенного материала, поднимающегося к поверхности. Именно здесь ежегодно формируется около 11 млрд. т (по другим данным до 60 млрд. т) базальтового вещества, что в десятки или даже сотни раз превышает количество подобного вещества, поступающего из вулканов за пределами срединных хребтов и соизмеримо с ежегодным твердым стоком с суши.