2.3. Отложение и накопление осадка
Отложение и накопление осадка определяется климатом, рельефом и тектоническоими условиями, свойствами самого вещества и физико-химическими условиями (pH, Eh, концентрацией вещества и др.).
Осаждение зависит от:
силы гравитации;
вязкости воды (чем меньше температура, тем больше вязкость);
размера частиц;
удельного веса;
растворимости веществ;
форм отмирания организмов;
поведения коллоидов (старение, разрушение пептизаторов, смешение).
Элементов- коллоидообразователей в природе много: Si, Al, Fe, Mn, P, As, Sb, S, а также Zn, Ti, Zr, Th, Bi, Pt и Cd. Их разрушение и отложения материала связано с особенностями поведения коллоидов.
В наибольшей мере отложение зависит от климатов- аридного и гумидного, как определяющих многие физико-химические признаки и как главные факторы дифференциации вещества. И как показал Н.М. Страхов (“Океанология. Геохимия донных осадков” 1982).
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 бессточны, химическая дифференциация редуцирована, и основные ее продукты остаются внутри этих бассейнов. Весьма не совершенна дифференциация и при нивальном (ледовом) климату.
Труды Н.М.Страхова по сути своей развивают и конкретизируют основы сформулированного Л.В. Пустоваловым закона.
На границе «река – море», где пресные речные воды смешиваются с солеными (электролитами), возникают естественные геохимические барьеры (термин, введенный А.И.Перельманом в1968г), 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 все же пополняет солевой резерв Мирового океана.
Океанические исследования, обобщённые в шеститомнике «Океанология» показали, что большая часть вещества, сносимого с континетов, отлагается вблизи них же, образуя ореол осадка. Однако, наибольшее количество вещества, с формированием огромных конусов выноса, накапливается в устьях рек (рис. 2.3.1).
Рис.2.3.1. Мировое распределение величины механической денудации, водосборные бассейны крупнейших рек и приблизительное значения разгрузки твердого материала, осаждающегося вблизи устьев рек ( по Н.М. Страхову, 1960 и Д.Р. Стоддарту, 1971)
Работы А.П. Лисицына(1991) показали, 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.
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.
В процессе биофильтрации взвесь попадает на дно, благодаря жизнедеятельности мельчайших обитателей морских вод ‑ организмов-фильтраторов зоопланктона и бентоса. Пропуская минеральные частицы через свою пищеварительную систему, фильтраторы связывают их в пеллетные комочки алевритовой размерности. Комковатые агрегаты опускаются вниз в сотни и тысячи раз быстрее рассредоточенной тонкой взвеси.
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! Так возникло учение о биофильтрации осадочного вещества в океане. Как писал автор учения: «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» (Лисицын, 1991). Органические системы со своим фито- и биопланктоном представляют собой системы так называемых маргинальных фильтров, которые обеспечивают изменения не только в количестве, но и в соотношениях взвешенных и растворенных форм химических элементов.
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.
Другим распространенным способом осадконакопления является аклиматичная лавинная седиментация – суспензионно-потоковый (инъективный) тип седиментогенеза. Термин, предложенный А.П.Лисицыным(1988) четверть века назад,теперь стал общепризнанным. Это терригенное осадконакопление, реализуемое с высокими (более 100 мм / 1 000 лет) и сверхвысокими (более 1 000 мм / 1 000 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, устремляющихся в понижения дна под влиянием сил гравитации. За очень короткие промежутки геологического времени лавинная седиментация способна обеспечить формирование песчано-алеврито-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).
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 гравититы (в том числе и турбидитные потоки). Их плотности за счет упомянутой взвеси существенно превышают плотность воды. Поэтому разрушительная сила таких потоков огромна. У подножия континентального 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 гиероглифы, а также градационные текстуры турбидитов (рис. 2.3.2).
Считается, что отложения этих турбидитов в сочетании с продуктами их перемыва донными вдольматериковыми течениями, или контуритами, составляют важнейший элемент флишевых осадочных комплексов.
Осадочная дифференциация веществ вездесуща, но чрезвычайно многопланова. Вместе с ней существует противоположный ей процесс ‑ смешения веществ. Этот процесс интеграции осадочного материала наблюдается в менее заметной форме, но повсеместно.
Рис. 2.3.2. Турбидитные циклы Боумы как комплекса отложений замирающего потока (по Э. Хеллему)