учебники / Короновский Н.В. «‎Общая геология‎» 3-ие издание

ные толщи в Ангаро-Ленском бассейне около оз. Байкал; нижнепермские калийные и натровые соли Предуральского передового прогиба; верхнедевонские соли Припятского прогиба в Белоруссии и в других районах. В позднем миоцене, примерно 15–11 млн лет назад, благодаря эвстатическому понижению уровня океана в связи с образованием ледникового Антарктического щита Средиземное море оказалось изолированным от Атлантического океана. В мессинском веке — 6,5–5 млн лет назад — Средиземное море распалось на ряд изолированных впадинозер, в которых в условиях жаркого климата происходило осаждение галита, гипса и других солей. Мощность соленосных отложений в ряде впадин достигает 2–3 км, а общий объем эвапоритов составляет 1 млн км2. Объем такого количества соли из океанов понизил соленость вод на 2 ‰, а это, в свою очередь, способствовало образованию льдов, т. к. температура замерзания воды повысилась. Средиземноморский кризис солености, как его называют, закончился 5 млн лет назад, в начале плиоцена, когда образование Гибралтарского грабена открыло путь воде Атлантического океана во впадины Средиземного моря и вскоре восстановилась нормальная соленость.

14.7. РЕСУРСЫ ДНА ОКЕАНОВ

Заканчивая раздел о геологической деятельности океанов и морей, необходимо сказать несколько слов о тех колоссальных ресурсах, которые содержатся в океанском дне и которые экономически выгодно извлекать сейчас или в будущем.

Прежде всего это энергетические ресурсы — нефть и газ. Уже сейчас в мире со дна акваторий океанов и морей добывается более 25 % нефти и газа, и в будущем эта цифра будет увеличиваться. Так как нефть и газ представляют собой сложное соединение углеводородов, образовавшееся из органического вещества, снесенного с суши, и в большей степени из морского планктона, то мелководные шельфы — это как раз районы, благоприятные для образования месторождений нефти и газа. Примером тому служат Северное море, Мексиканский и Персидский заливы, Баренцево море, прибрежные районы Аляски и другие районы. Именно шельфы в обозримом будущем станут главными объектами для разведки и добычи нефти и газа.

Железомарганцевые конкреции, покрывающие сплошным ковром огромные пространства абиссальных котловин, где только в Тихом океане их объем оценивается более чем в 200 млрд т представляют собой полезное ископаемое ХХI в., учитывая, что цены на некоторые металлы могут возрасти (рис. 14.59). В настоящее время их добыча экономически нерентабельна, хотя исследования активно ведутся рядом стран в центральной части Тихого океана.

Рис. 14.59. Распространение железомарганцевых конкреций в Тихом и Атлантическом океанах: 1 — плотное покрытие дна конкрециями, местами более 905; 2 — конкреции встречаются часто, хотя распределены неравномерно (по Дж. П. Кеннету, 1987)

Кроме Mn, больший интерес вызывают медь, никель и кобальт. Так, запасы Cu оцениваются в 80 · 106 т, Со — 20 · 106 т, Ni — 98 · · 106 т, а Mn — 2200 · 106 т. Южнее Гавайских островов в конкрециях сосредоточено около 450 млн т меди при ее среднем содержании 1 % (рис. 14.60).

Металлоносные осадки, связанные с полями гидротермальных систем, также являются потенциальными месторождениями железа, меди, цинка. Одна лишь впадина Атлантис II в Красном море, по предварительной оценке, содержит 3,2 млн т цинка, 0,8 млн т меди, 80 тыс. т свинца, 45 тыс. т серебра и 45 т золота. Перспективы металлоносных осадков огромные, нужно лишь дождаться своего времени.

Россыпи тяжелых металлов — титана, золота, платины, циркония, олова, а также алмазов — широко известны в пределах низкого и высокого пляжей, в прибрежной части шельфа, в эстуариях рек. Например, более 70 % добычи циркония в мире производится у Восточного Австралийского побережья; около Рефондо-Бич в Калифорнии, так же как и вдоль восточного побережья Флориды. На побережье Юго-Восточной Азии в погребенных отложениях речных русел добывается большое количество олова, приносящее доход Индонезии и Таиланду.

Вдоль восточного побережья Австралии распространены россыпи ильменита, циркона, рутила. Такие же россыпи известны и на побережьях Южной Америки, у берегов Флориды. В некоторых местах побе-

Рис. 14.60. Железомарганцевые конкреции на дне тропической части Тихого океана. А — план (10 м2). Б — конкреция: а — общий вид, б — разрез

(по Е. Зейболду и В. Бергеру, 1984)

режий Индостана и Шри-Ланки находятся россыпи драгоценных камней — сапфиров и алмазов.

Нельзя не упомянуть о фосфоритах, образующихся на небольших глубинах в пределах шельфа. Наконец, сама морская вода содержит большое количество ценных элементов, которые когда-нибудь будет выгодно из нее извлекать. В городе Фрипорте, штат Техас, уже давно действует завод по извлечению магния из морской воды.

Несмотря на то что большая часть каменной соли добывается на суше, какая-то ее часть, примерно несколько процентов, получается путем выпаривания из морской воды, когда ее пропускают через серию мелких искусственных бассейнов. Сначала из воды осаждается карбонат кальция, потом соли магния, и только в четвертом бассейне из оставшегося раствора образуется хлорид натрия с очень высокой, до 99,6 %, степенью очистки.

Строительные материалы — гравий, песок, ракушняки — являются важным полезным ископаемым и добываются на мелководье во многих странах — в Нидерландах, США, Мексике, Исландии и др.

В настоящее время, используя тектонику литосферных плит, ученые получили новый фактический материал, касающийся процессов современного осадконакопления в океанах (рис. 14.61). Эти данные, как показал А. П. Лисицын, содержат информации в тысячи раз больше, чем было получено за все предшествующее время изучения океанов. Появились данные о современных осадках во всех зонах Мирового океана и, что особенно важно, об осадочном веществе, содержащемся в атмосфере, гидросфере и криосфере. Установлено поступление вещества из мантии и океанической коры в областях гидротерм — «черных» и «белых курильщиков» и подводного вулканизма. За последние 30 лет пробурено более 2 тыс. скважин в океанах и около 10 тыс. скважин при бурении на шельфах для поисков нефти и газа. Успехи науки и техники позволили широко применять для изучения океанов геофизические методы: сейсмостратиграфию, магнитостратиграфию, магнитометрию, локаторы бокового обзора и др. Использование геохимических, радиохронологических, изотопных методов моделирования осадочных процессов привело к совершенно новому пониманию осадконакопления в океанах, которое связано с корой океанического типа и отличается от осадконакопления в морях, расположенных на континентальной коре.

14.8.СТАДИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОСАДКОВ, ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ВЗАИМООТНОШЕНИЕ СЛОИСТЫХ ТОЛЩ

Любой осадок постепенно превращается в горную породу, проходя ряд стадий. Подобное превращение осадка в породу называется диагенезом. В осадке, сформировавшемся на морском дне, всегда присутствуют твердые иловые частицы; вещества, осажденные химическим путем; растворы в илах; органические вещества. Все эти различные компоненты осадка в физико-химическом отношении неустойчивы и, естественно, стремятся к равновесию в системе. Это достигается за счет образова-

Рис. 14.61. Смена океанических осадков по мере удаления от срединно-океанического хребта к континенту (по А. П. Лисицыну, А. Фишеру, Б. Хизену и др., 1973). 1 — толеитовые базальты (глубины — 3–3,5 км); 2 — базальный слой металлоносных осадков (слой Бострема); 3 — фораминиферовые и кокколитовые карбонатные осадки; 4 — бескарбонатные осадки ниже критической глубины карбонатонакопления (ниже 4,5 км); 5 — андезитриолитовая пирокластика; 6 — вулканическая область активной окраины

ния новых минералов и удаления уже сформировавшихся минералов, но неустойчивых по отношению к новым физико-химическим условиям.

Так, осадок, весь пропитанный водой, начиная с самых верхних частей, постепенно изменяется, дегидратируется и уплотняется. Высокая влажность, присутствие бактерий, разложение органических веществ, образование кислорода или, наоборот, его недостаток и появление сероводорода способствуют формированию окислительных или восстановительных условий и, соответственно, образованию минералов гидроокисла железа, сидератов, сульфидов железа. Одни минералы могут замещаться другими, возникают разнообразные конкреции или стяжения, состоящие из фосфатов, пирита, кварца, опала. Некоторые минералы замещают раковины, например аммонитов, брахиопод, и тогда образуются так называемые псевдоморфозы.

Так постепенно рыхлый, водонасыщенный осадок уплотняется, цементируется различными веществами — опалом, халцедоном, кварцем — и превращается в твердую осадочную горную породу. Процессы диагенеза весьма длительны и сложны, и по мере накопления вышележащих осадков, когда возникают новые физико-химические условия, они изменяются.

После того как осадок преобразовался в осадочную горную породу, последняя не перестает подвергаться дальнейшим изменениям ввиду того, что осадочные породы в связи с тектоническими движениями погружаются и подвергаются воздействиям высоких давлений и температур, что приводит к дальнейшему уплотнению пород, уменьшению пористости, отжиманию рыхлосвязанной воды. Подобная стадия преобразования уже осадочных пород называется катагенезом. На этой стадии торф превращается сначала в бурый уголь, а потом уже в каменный уголь. Если в осадках много рассеянного органического вещества и они, погрузившись на глубину в несколько километров и превратившись в глинистые породы, подвергаются воздействию температур до +150 °С, то в них начинают образовываться углеводороды — нефть и газ.

Дальнейшее возрастание давления и температуры на осадочные породы приводит к стадии метагенеза, когда уже происходят процессы привноса-выноса вещества. Для этого необходимы глубины 6–8 км и минерализованные растворы. Только после этой стадии начинаются процессы метаморфизма, происходящие уже в условиях высоких давлений и температур, о чем будет рассказано в гл. 16.

Термин «слой» обычно употребляется по отношению к любому плитообразному геологическому телу горной породы, залегающему параллельно поверхности, на которой оно сформировалось. Чаще всего первоначальное положение слоя близко к горизонтальному, но не обязательно. Признаки, по которым может выделяться слой, весьма разнообразны. Это состав, гранулометрия, цвет, структура, типы слоистости и ее изменение, наличие фауны и др.

Важно отметить, что, наблюдая особенности слоя и взаимоотношение слоев в геологическом разрезе, мы всегда сопоставляем их с современными процессами. Зная физико-географические условия, в которых образуются различные осадки в настоящее время, можно говорить о процессах далекого геологического прошлого, наблюдая слои, аналогичные современным, образующиеся в морях, озерах, речных долинах и др.

Еще в начале XIX в. английский ученый Ч. Ляйель впервые сформулировал принцип актуализма: «Настоящее — ключ к познанию прошлого», используя который геологи расшифровывают физико-геогра- фические обстановки далеких геологических эпох. Метод актуализма следует применять, помня о том, что не всегда в геологической истории физико-географические условия были одинаковы, некоторые из них свойственны только древним эпохам и не проявляются в настоящее время.

В толщах осадочных пород отражены история их формирования, колебания уровня моря, тектонические движения. Так, если в вертикальном геологическом разрезе наблюдается смена вверх по разрезу грубых отложений — конгломератов, песков — более тонкими — глинами, мергелями, а затем известняками, мы вправе говорить о наступлении моря или трансгрессии, которая может быть связана либо с тектоническим опусканием морского дна, либо с повышением уровня моря.

Противоположное строение геологического разреза, в котором тонкие отложения сменяются вверх по разрезу более грубыми, свидетельствует о поднятии дна либо о понижении уровня моря, т. е. о регрессии. Соответственно серии отложений называются трансгрессивными или регрессивными (рис. 14.62).

Рис. 14.62. Залегание отложений: 1 — трансгрессивное, 2 — регрессивное

Горизонтальная слоистость — это наиболее частый случай первичного залегания осадочных отложений. Нередко в условиях мелководья на поверхности, например, слоя песка может возникать волновая рябь, связанная либо с однонаправленным течением воды, либо с ее осцилляционными движениями в одну и другую сторону. Если течение быстрое и по дну переносится обломочный материал разного диаметра, то более крупные обломки вырабатывают асимметричные углубления в рыхлом материале, напоминающие по форме в плане каплю, всегда направленную вершиной в сторону, противоположную течению. Впоследствии эти углубления, заполненные более молодыми осадками, и образуют в подошве слоев знаменитые иероглифы, т. е. выпуклые структуры, дающие возможность определять кровлю и подошву слоев.

Особую роль в реконструкции тектонических движений играет анализ несогласий между разновозрастными толщами горных пород. Если какая-либо толща пород залегает с бóльшим углом по отношению к относительно молодой, вышележащей, то очевидно, что между ними имел место перерыв в осадконакоплении и происходили тектонические движения, вызвавшие деформацию нижней толщи. И только впоследствии, когда произошли тектонические опускания, накопилась верхняя, более молодая толща пород, а между двумя толщами наблюдается угловое несогласие (рис. 14.63). В основании верхней толщи прослеживается базальный горизонт.

Рис. 14.63. Пример углового несогласия. Отложения верхнего мела с несогласием залегают на деформированных отложениях триаса. Отсутствуют отложения юрской системы и нижнего отдела меловой системы. Базальный горизонт состоит из обломков пород триасовой системы

Более подробно о несогласиях можно узнать в «Руководстве для практических занятий по курсу „Общая геология“».