2.Гипергенез: физические процессы ( субаэральные и субаквальные).

Термин «гипергенез» введен в геологическую терминологию академиком А.Е. Ферсманом в 1922 г. Под гипергенезом понимается выветривание в широком смысле слова — комплекс физических, химических, биохимических процессов преобразования минералов и их ассоциаций (горных пород) на поверхности континентов, под влиянием различных факторов и условий географической среды. Важно подчеркнуть, что выветривание в данном контексте — это отнюдь не деятельность ветра. Гипергенез происходит под действием разнообразных факторов, тесно связанных друг с другом, т.е. действующих вместе и одновременно. Тем не менее, со значительной долей условности все эти факторы можно разделить на физические (механические), химические и биохимические.

Физические (механические) факторы приводят к так называемой дезинтеграции минералов и горных пород, т.е. механическому их измельчению (без изменения минералогического и химического состава): Важнейшую роль в этом процессе играет неодинаковое линейное и объемное расширение породообразующих минералов под влиянием температурных колебаний (суточных, сезонных и др.). В породах возникает сеть мельчайших трещин, в которые поступает вода, возникает капиллярное давление. В случае замерзания такой воды сказывается разрушительный эффект изменения объема образовавшегося льда, т.н. морозное выветривание. В результате первоначально массивный кристаллически-зернистый или зернистый агрегат данной породы теряет монолитность, разрушается, что приводит к образованию развалов (россыпей) остроугольных обломков различного размера, как на водоразделах, так и на склонах гор или у их подножия. Такие процессы очень типичны для полярных, пустынных и горных ландшафтов.

Химические факторы включают: 1) растворение минералов дождевыми, почвенными и грунтовыми водами; 2) гидролиз — разложение минералов с присоединением гидроксильных ионов [ОН]^1-; 3) окисление минералов — присоединение кислорода и отделение водорода, а также повышение валентности входящих в структуру минерала ионов. Особенно активно процесс окисления идет в присутствии воды. В результате комплексного воздействия химических факторов происходит частичное или полное перерождение исходных минералов с образованием новых — с другим химическим составом и другой кристаллохимической структурой. Типичный пример — перерождение магнетита в лимонит:

Fe₃О₄ + H₂О+О₂ —> FeOOH —> FeOOH • nH₂О.

Биохимические факторы — жизнедеятельность организмов, которые поглощают из минералов калий, натрий, кальций, фосфор и другие элементы, постепенно разрушая такие минералы. Выделяющиеся при этом кислород, углекислый газ, водород лишь ускоряют разложение исходных и образование новых минералов.

Таким образом, при гипергенезе происходит как разрушение первичных минералов, так и возникновение новых, часто более многочисленных, гипергенных минералов. Многие глинистые минералы, значительная часть сульфатов, карбонатов, фосфатов, окислов и гидроокислов железа, алюминия, марганца имеют гипергенное происхождение. Этот разрушительный и одновременно созидательный процесс, часто называемый выветриванием, приводит к формированию особых природных образований — кор выветривания. В обширной гамме гипергенных процессов намечается определенная стадийность, детально изученная академиком Б.Б. Полыновым: первая стадия — механическое разрушение; вторая — начальное химическое и биохимическое изменение (извлечение калия, кальция, натрия, т.е. гипергенный метасоматоз); третья — возникновение тонкодисперсных глинистых минералов; четвертая — разложение силикатов на окислы с обогащением коры выветривания окислами железа и алюминия. Эта схема — идеальная и весьма общая, конкретная стадийность может быть более сложной или более простой, в зависимости от частных условий гипергенного процесса.

На особенности кор выветривания влияют: 1) биоклиматические условия; 2) рельеф местности; 3) время (длительность) процессов.

Биоклиматические условия определяют тип выветривания: гумидный (влажный), аридный (сухой), нивальный (холодный). Гумидные ландшафты, со значительным атмосферным увлажнением и богатой лесной растительностью, характеризуются накоплением огромных масс отмирающего органического вещества, которые перерабатываются почвенными микроорганизмами в органические кислоты. В связи с этим почвенные воды имеют кислую реакцию и активно разрушают минералы подстилающих пород. Аридные ландшафты отличаются травянистой растительностью, общая биомасса которой в десятки раз меньше биомассы лесов. Почвенные воды здесь имеют обычно нейтральную или слабощелочную реакцию, поэтому процесс разложения происходит ме­нее активно, чем в гумидных зонах. В нивальных ландшафтах вообще преобладают физические (механические) факторы гипергенеза.

Рельеф определяет развитие двух типов кор. Автоморфная (элювиальная) кора образуется на месте, непосредственно за счет развитых здесь пород, например, на плоских водоразделах. Гидроморфная кора образуется в понижениях рельефа за счет сноса туда вещества истин­ными или коллоидными растворами. Связь между составами автоморфной и гидроморфной кор называют геохимическим сопряжением.

Время также является важным фактором формирования кор выветривания. В целом процесс формирования кор весьма длителен, он может растянуться на миллионы и даже десятки миллионов лет. За это время образуются коры различной мощности — от 1–2 м до 100–200 м. Гипергенный процесс по ряду причин может прерываться; погребенная реликтовая кора будет служить индикатором некогда существовавших физико-географических условий данного региона. Различают коры современные (формирующиеся в настоящее время) и древние (ископаемые) коры. Древние коры по составу делятся на главные типы.

1. Латеритная кора. Развивается в условиях тропиков на породах, обогащенных железом, титаном и алюминием. Важнейший фактор — окисление. Продукты этой коры обычно сложены окислами и гидроокислами указанных элементов и имеют кирпично-красный цвет.

2. Каолиновая кора. Формируется в условиях умеренного климата на породах гранитного состава, богатых калинатриевыми полевыми шпатами. Важнейший фактор — гидролиз. Кора сложена каолиновыми глинами с обломками неразложившихся полевых шпатов. Типичное замещение:

K[AlSi₃O₈] —> Al₄[Si₄О₁₀][OH]₈.

3. Гидрослюдисто-глинистая кора. Образуется в степной зоне умеренных широт, где осадков мало и гидролиз происходит слабо. Ха­ рактерный минерал — монтмориллонит (Al₂,Mg₃)[Si₄O₁₀][OH]₂ • nН₂О.

4. Обломочная кора. Формируется в пустынной зоне, горных областях и в тундре. В верхнем слое такой коры концентрируются пылеватые породы, ниже накапливаются пески, еще ниже — более крупные остроугольные обломки и так далее до почти неразрушенных коренных пород.

В самой верхней части любой коры выветривания, как древней, так и современной, в результате деятельности животных и растительных организмов располагаются почвы, т.е. слои (мощностью от нескольких сантиметров до 2–3 м), обогащенные органическими веществами и обладающие плодородием.

С корами выветривания связаны различные полезные ископаемые: глины, бокситы (богатые алюминием), железные руды (латериты) и др.

На поверхности Земли чрезвычайно развит процесс переотложения кор выветривания. Уже сформировавшиеся коры под воздействием различных факторов начинают разрушаться и вовлекаться в длительный процесс переноса и переотложения, вплоть до попадания в морские бассейны, где накапливаются морские осадки, переходящие затем в осадочные горные породы морского происхождения. В ходе переотложения часть материала остается на континентах, формируя различные генетические типы континентальных отложений.

3. Аналогично #№5

Билет №7

1.Нивальный ( ледовый) тип седиментогенеза : распространение и характеристика.

Ледовый тип отвечает весьма неразвитому седиментогенезу полярных зон, в которых вода круглый год находится в твердом состоянии и практически исключена из агентов формирования осадков. Это самый бедный породами и рудами (их практически нет) тип седиментогенеза, при котором господствующим типом образований будут морены и парагенетически связанные с ними потоково- и озерно-ледниковые отложения и лишь при морском ледовом процессе — наряду с морскими (шельфовыми) моренами механогенные и редкие биогенные морские отложения (Данилов, 1978). Петрографически ледовые образования только обломочные (Ершов и др., 1987), весьма грубые, несортированные, с малой окатанностью, неслоистые, химически незрелые (свежие, невыветрелые). Выветривание лишь механическое и физическое, морозное, способное измельчить не тоньше алевритового материала. Другой способ мобилизации — ледовая экзарация, т.е. отрыв скал и кусков коренных пород вмерзшим или движущимся льдом. Его отложение происходит при вытаивании у подошвы движущегося или остановившегося ледника (донная, или основная, морена) и по его краю и фронту (боковые и конечные морены). Одновременно происходит конденсация материала при стаивании льда сверху (абляционная морена). В последнем случае возможны реки и озера на поверхности живого ледника и в них сезонное перемещение и отложение материала с признаками сортировки и слоистости.

С собственно ледниковыми, или гляциальными, отложениями парагенетически тесно связаны приледниковые, или перигляциальные, отложения — ледниково-речные (или флювиогляциальные) и ледниково-озерные (лимногляциальные) отложения. Первые — обычно песчаные зандровые поля, нередко с конгломератовыми прослоями, вторые — ленточные "глины", или варвы (с годовой, сезонной ритмичностью), обычно песчано-алевритово-глинистого состава. Они относятся уже к гумидному типу литогенеза.

В настоящее время оледенение приурочено к Антарктиде, Гренландии, другим островам Арктики (Канадский архипелаг, Шпицберген, Северная Земля и др.), а также к высокогорным участкам континентов вне полярных областей. На Южном полюсе площадь оледенения 13 500 тыс. км2, что больше половины территории СССР. В северной полярной области площадь ледников в 7 раз меньше — 2083,19 тыс. км2, из которых на Гренландию приходится 1870 тыс. км2, на Канадский архипелаг — 100 тыс., на Шпицберген — 60 тыс. км . Горные ледники занимают меньшую площадь — 150 тыс. км2: в северной умеренной зоне — 100 тыс. км2, в южной умеренной — 21 тыс. км2, в тропической — несколько десятков квадратных километров (Страхов, 1983, с. 391).

Плейстоценовое материковое оледенение было больше по площади, о чем можно судить не только по измерению областей с моренами, но и косвенно — через эвстатическое падение уровня океана не менее чем на 100 м (вода вошла в материковый и шельфовый лед). Это оледенение охватило север Европы, Азии и Америки и Антарктиду. Огромным по площади было и позднепалеозойское (поздний карбон — ранняя пермь) оледенение Гондваны: Австралии, Южной Африки, Индии и юго-востока Южной Америки. Намечаются значительные оледенения в ордовике, венде. Вероятно, полностью ледники никогда не покидали Землю. При критической мощности в 4-4,5 км лед оказывал такое давление нагрузки на фундамент, что последний прогибался и местами оказывался ниже уровня моря. Это прогибание не могло не сопровождаться сейсмическими точками. При дегляциации (стаивании) льда — снятии нагрузки наступает подъем территории, например Скандинавии в голоцене.

2. Смотри 2 вопрос 6 билета.

3. Аналогично предыдущим .

8 билет

1) Наибольшая интенсивность процессов изменения осад.веществ присуща гумидным климатическим областям – с одилиематм.осадков, растительного и животного мира, с активной бактериальной средой. Атм.осадки,просачиваясь через горизонты почвы, насыщаются орг.кислотами. Их кислород быстро тратится на окисление ОВ-формируется восстановительная среда.Но под торфяниками восстановительная среда отличается от таковой в илах морских бассейнов тем, что там сульфат-ионы содержатся в очень малых количествах. Поэтому нет бактерий, продуцирующих сероводород. А восстановительная среза без сероводорода именуется глеевой. В ней процессы восстановления железа осуществляются по-другому и конечный продукт здесь – сидерит. Если такие конкреции развиваются под подошвой торфяников, то впоследствии, после прохождения пород через стадию катагенеза, возникают угольные пласты. Вместе с сидеритизацией осуществляется массовые трансформационные процессы: глинистое вещество осадка и обломочные слюды трансформируются в каолинит.

2) гипергенез(супрогенез):комплекс физических, химических, биохимических процессов преобразования минералов и их ассоциаций(гп) на поверхности континентов, под влиянием различных факторов и условий.

Биогенное выветривание, живое существо постоянно образуются и разрушаются, переводя солнечную энергию в химическую. Фотосинтез: разлагает воду, генерирует кислород(в течение 5-6 лет растения-воды во всех морях и океанах, в течение 30000 лет выделяется кислорода –сколько в свободном виде в атмосфере.)

Растительность может извлекать кремнезем, щелочи и щелочные земли.

Органическое вещество – одно из основных причин возникновения восстановительных физ-хим. Обстановок

Билет № 8

Гумидный тип, названный по наиболее характерным, т.е. типоморф-ным, производным — гуминовым соединениям (органическим растительным минералам), проявляется во влажных зонах Земли, где наиболее пышно развиваются леса, трава. Это зеленые зоны Земли. Здесь количество осадков преобладает над испарением, поэтому баланс влаги (или метеорных осадков) положительный. А это порождает транзитный сток: все впадины, даже такие глубокие, как Байкал (1632 м), будут переполнены пресной водой, и из них рано или поздно будет сток. И в целом для всех, даже самых крупных, массивов суши будет характерен транзитный сток, т.е. приведенные в подвижное состояние компоненты будут стремиться уйти в конечные водоемы стока — океаны. Поэтому осадочный процесс здесь незавершенный: не все мобилизованные компоненты осаждаются в пределах этих зон, самые подвижные из них — легко растворимые хлориды, сульфаты, карбонаты и др. — вымываются, выносятся за их пределы. Они большей частью не осаждаются, пополняя запасы солей Мирового океана, или переводятся в осадок биогенно, реже хемогенно, но в основном уже в другом типе — аридном. Поэтому для гумидного типа характерно отсутствие этих хемогенных осадков. 

Из многочисленных выразительных положительных характеристик гумидному типу свойственны химические, в частности латеритные, коры выветривания, их производные — гумидная рудная триада — бокситы, железные и отчасти марганцевые руды, первичные каолины и квар^-цевые пески, первичные россыпи стойких тяжелых минералов.

 Гумидный тип распространен на большей части площади континентов, и к нему можно отнести и всю поверхность океанов, во всяком случаебелыпую их часть. Поэтому естественно ожидать неоднородность этого типа. И действительно, тип подразделяется прежде всего по тепловому режиму на теплый (тропический) и умеренный подтипы. Первый образует один — экваториальный — пояс, второй — два, в Северном и Южном полушариях. В современной геологической эпохе, отличающейся скоплением суши в Северном полушарии, наиболее распространен северный умеренный подтип: это зоны тайги, тундры и степей. Из-за более низкой среднегодовой температуры сравнительно с экваториальной зоной химическое выветривание практически не доходит до латеритного типа. Поэтому не образуются бокситы и ряд других элювиальных пород, хотя каолин и, возможно, руды железа формируются.

2.

Гипергенез – весь комплекс химических, био- и физическо-химических явлений, которые протекают на границе между атмосферой и твердой земной оболочкой. Поднятые тектоническими силами наверх из земных недр горные породы состоят из минеральных агрегатов, которые в большинстве своем были сформированы при Р-Т и физ-хим условиях, иных, чем на поверхности земли. Оказавшись в зоне гипергенеза, эти минеральные агрегаты попадают под воздействие чужеродных им атмосферных газов и вод, а также бактериального и животного биоса. ( Далее химические примеры) Очевидно, что главными агентами влияния на перечисленные процессы служат вода совместно с потребляющим ее живым органич веществом. Без участия живых организмов и при невысоких значениях экзогенных Р-Т параметров роль чистой воды в качестве растворителя минералов и концентратора минеральных солей была бы весьма скромной. Эти функции воды существенно активизируются за счет растворенных в воде продуктов их жизнедеятельности. Это различные газы – СО2, H2S, CH4, NH3 и др., также – гумус и различные органические кислоты. Таким образом – природа создает естественные реактивы, которые способствуют заметному понижению pHб понижению Eh, и тем самым существенно ускоряют темпы химического разрушения и преобразования г.п. зоны гипергенеза.

Главным примером, однако, будет служить два других процесса растительной жизнедеятельности, которые имеют гораздо большие масштабы в приповерхностной области гипергинеза: генерализация органического вещества путем фотосинтеза и разложение (минерализация) органического вещества.

Основное значение в качестве минерализаторов имеют микроорганизмы. В 1 см^3 почвы или подземной воды находится несколько миллионов бактерий – клетчатковых, десульфурирующих, денитрифицирующих, окисляющих метан, водород, фенол и др. Они разлагиют мертвые тела растений и животных, минерализуют их до СО2, H2O, NH3 и минеральных солей. Там же образуется гумус – сложное высокомолекулярное органическое вещество.

3.

АРЕНИТЫ [англ.— arenits] — отсортированные (потоками, течениями, прибоем и т. п.) песчаники, не содер. или содер. немного глинистого связующего вещества. Различают кварцевые, аркозовые, полевошпатовые и литокластические А. ([Вильямс, Тернер, Джильберт, 1957). В классификации Петтиджона (Pettijohn, 1949), А. соответствуют ортокварциты и некоторые аркозы. По классификации Фолка (Folk, 1959), это карбонатная п., состоящая из зерен аллохемов псаммитового класса величиной от 0,062 до 1 мм. А. доломитового состава называются доларенитами (dolarenite), а кальцитового — калькаренитами (calcarenite). Эти назв. условны и не являются общепринятыми. Нередко аренитами называются пески и песчаники в обычном смысле, безотносительно к составу, что является более правильным. В русской литературе термин А. не применяется.

ВАККА [нем. Wacke] — плотная п. темного цвета, образовавшаяся в результате разрушения основных изв. п. В настоящее время этот термин понимают несколько иначе: это загрязненный песчаник — несортированный или плохо сортированный осадок, содер. значительное количество глинистого вещества. Различают метакластические, аркозовые, полевошпатовые, кварцевые вакки (Вильямс, Тернер и Гильберт, 1957). В. обычно темного и темно-серого цвета — граувакка. Первоначально под термином граувакка понимали грубые и несортированные песчаники, состоящие из обломков основных магм.п. и содер. много тонкого цементирующего вещества (matrix). Позднее к таким п. стали относить песчаники, состоящие из обломков только эффузивных п. Еще позже к грауваккам стали причислять всякие песчаники, состоящие из обломков г. п. в том числе и осад. В русской лит.под термином “граувакки” понимают пески и песчаники, состоящие из обломков различных г. п. независимо от характера цементирующего вещества. Это связано с тем, что в нашей стране получили распространение классификации песчаных п., основанные только на минер.сост. обломков.

Билет №9