Историческая геология (практикум). Учебно-методическое пособие

представлены соединениями гидроксида марганца – псиломеланом, имеют землистое сложение. Окисленные руды обычно приурочены к кайнозойской коре выветривания на докембрийских кварц-гранато- вых породах. Они являются высококачественным сырьём для получения марганца.

Карбонатные породы по своей природе бедны марганцем. Часто они представлены известняками и доломитами с более или менее богатой вкрапленностью родохрозита MnCO3 и мангано-кальцита (Mn, Ca) CO3. Карбонатные руды марганца образуются в морских условиях, в восстановительной обстановке. В ряде случаев по мере приближения к берегу происходит замещение их окисными соединениями марганца, что связано с лучшей аэрацией осадка под влиянием волнений. Это плотные светло-серые породы, мелко- и тонкозернистые, внешне иногда трудноотличимые от известняков или доломитов. В естественных обнажениях они выделяются постоянным присутствием чёрных гнёзд, тонких прослоев гидроксида марганца и дендритов оксида марганца.

Силикатные породы обычно представлены родонитом и спессартином (минералом из группы гранатов). Они светло-серые с розоватым оттенком, розовато-лиловые, мелко- и микрозернистые, часто встречаются в докембрийских образованиях. Марганцевые осадочные руды используют в промышленности для получения специальных сортов стали и чугуна. Кроме того, марганец применяется в химической промышленности и стекольном производстве. Карбонатные и силикатные породы используются как декоративный материал.

Эпохи накопления марганцевых пород

Вгеологической истории Земли можно выделить три временных интервала – металлогенические (марганцеворудные) периоды накопления марганца в осадочных и вулканогенно-осадочных породах (в том числе и их метаморфизованных разностях): архейский, протерозойский и фанерозойский. По масштабам марганценосности в пределах этих периодов выделяются эпохи и этапы (формирование гигантских и крупных месторождений, иногда серии средних и мелких).

Вцелом архейский период в промышленном отношении на марганец является перспективным. Однако, несмотря на то что породы архейского возраста занимают около 10 % суши, месторождений со

31

значительными запасами марганца, не принимая в расчет месторождение Морро до Мина (Бразилия), до сих пор пока не обнаружены.

Протерозойский период является самым продолжительным в истории развития Земли и главнейшим в плане накопления марганцевых руд. С ним связаны основные ресурсы марганца, заключенные в породах суши. Они составляют более 70 % ныне известных. Накопление марганца на протяжении этого металлогенического периода проходило с разной интенсивностью.

Фанерозойский период накопления марганцевых руд также ознаменовался образованием ряда важных в экономическом отношении месторождений. Марганцевое рудообразование происходило практически во всех частях некогда существовавшего континента Гондвана и его «материков-обломков» как в условиях стабильной платформы, так и мио- и эвгеосинклинальных областях.

Вопросы к теме 10

1.Какие породы называются марганцевыми?

2.На какие типы подразделяются марганцевые породы?

3.Основные периоды накопления марганца в истории Земли.

Литература к теме 10

Ежова А.В. Литология. Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2009. 335 с.

Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение. М.: Недра, 2007.

Кулешов В.Н. Месторождения марганца. Сообщение 2. Главнейшие эпохи и фазы накопления марганца в истории Земли. Литология и полезные ископаемые. 2011. № 6. С. 612–634.

Кулешов В.Н., Жегалло Е.А., Школьник Э.Л. Эволюция рудогенеза марганца в геологической истории Земли и роль биосферы // Доклады Академии наук. 2011. Т. 441. № 4. С. 504–509.

Ронов А.Б. Осадочная оболочка Земли. М.: Наука, 1980. 78 с. Рухин Л. Б., Основы литологии. 3-е изд. Л., 1969.

32

Тема 11. ЭВОЛЮЦИЯ УГЛЕНАКОПЛЕНИЯ

Всего в истории Земли наблюдались три максимума угленакопления, три эпохи, когда каменный уголь отлагался особенно интенсивно.

Первая эпоха угленакопления захватывает середину и конец каменноугольного и весь пермский период. За это время образовалось около 40 % всех известных запасов ископаемых углей.

Вторая эпоха совпадает с юрским периодом, на протяжении которого отложилась 1/20 часть всей массы каменного угля.

Наконец, третий максимум угленакопления приходится на самый конец мелового периода, палеоген и неоген. За этот отрезок времени отложилось более половины известного на земном шаре количества угля.

На территории России угленакопление известно начиная с девона

ипо кайнозой включительно. Девонский возраст имеют угли в Губерлинских горах на Южном Урале, месторождения среднего девона известны в Кемеровском районе Кузбасса (Барзас). Карбоновый возраст характерен для крупных бассейнов и месторождений. К нижнему карбону относятся месторождения Подмосковного и ЗападноУральских бассейнов. Среднему и верхнему карбону подчинены нижние свиты Кузбасса, Минусинского и Тунгусского бассейнов. Пермский возраст имеют основные углесодержащие свиты Кузнецкого, Минусинского и Тунгусского бассейнов, Печорский и Таймырский бассейны. Раннемезозойский возраст свойственен месторождениям Урала, к средней юре относятся Канско-Ачинский и Иркутский бассейны. Позднемезозойскому (меловому) возрасту принадлежат большая часть угольных месторождений Якутии и Дальнего Востока (Алданский, Ленский и др.).

Для палеозойских угольных бассейнов характерно формирование их преимущественно во внутренних и краевых прогибах геосинклиналей. Мезозойские угольные бассейны и месторождения возникали

иразвивались преимущественно в межгорных тектонических впадинах. Их продуктивные толщи представлены континентальными отложениями с мощными пластами базальных конгломератов. Лишь бассейны Восточного Забайкалья находятся в краевых и внутренних прогибах наложенной киммерийской геосинклинали, приближаясь по тектоническому строению к палеозойским углям. В кайнозое (за

33

исключением альпинид Дальнего Востока), угленакопление происходило преимущественно в платформенных условиях.

В настоящее время установлено, что более 37 % всех запасов ископаемых углей России сосредоточены в пермских отложениях, 29 %

–в отложениях нижнего мезозоя, 25 % в верхнем мезозое, 7–8 % в каменноугольных и только 2 % в кайнозойских отложениях. Около 80 % запасов ископаемых углей размещены на территории, находящейся восточнее Урала (более 90 % прогнозных ресурсов, по данным на 1993 г., приходятся на Сибирь и Дальний Восток).

Для каждой эпохи углеобразования характерны свои типы углей: для девона – кутикуловые липтобиолиты, для нижнего карбона– споровые дюрены, для среднего карбона, – кляреновые угли, для перми

–полосчатые фюзено-ксиловитреновые, для юры – фюзено-ксилено- вые угли, для палеогена и неогена и верхнемелового времени – главным образом бурые землистые угли и лигниты.

Вопросы к теме 11

1.Эпохи максимального угленакопления в истории развития Земли.

2.Палеогеографическая приуроченность палеозойских, мезозойских и кайнозойских угленосных бассейнов.

3.Типы углей, характерных для разных эпох.

Литература к теме 11

Тимофеев П.П. Эволюция угленосных формаций в истории Земли. М.: Наука, 2006. 240 с.

Цейслер В.М. Угленосные формации и эпохи торфонакопления // Изв. высш. учеб. заведений. Геология и разведка. 2004. №4. С. 3–7.

Тема 12. ЭПОХИ НЕФТЕГАЗОНАКОПЛЕНИЯ*

Резкий максимум интенсивности нефтенакопления приходится на вторую половину мезозоя: от верхней юры до верхнего мела вклю-

*По публикации Вышемирского В.С., Конторовича А.Э. «Циклический характер нефтенакопления в истории Земли», 1997.

34

чительно. Второй по величине максимум интенсивности нефтенакопления приурочен к отложениям кайнозоя. Третий максимум соответствует верхнему девону – низам карбона.

Интервалы между указанными максимумами составляют две трети продолжительности фанерозоя, но к ним приурочено лишь 9 % мировых запасов нефти.

Для нижнего-среднего рифея оценивать интенсивность нефтенакопления пока трудно, так как запасы нефти в отложениях этого возраста оценены только в одном районе (Байкитская антиклиза на Сибирской платформе).

Запасы твердых битумов, несмотря на слабую разведанность, значительно превосходят запасы нефти. Эти битумы образовывались из нефти. С некоторой долей условности можно выделить еще один максимум нефтенакопления – нижнепротерозойский. Этому уровню соответствует древнейшее скопление твердых битумов – карельские шунгиты. Их запасы оцениваются в сотни миллиардов тонн. Следовательно, в нижнем протерозое образовалось несколько триллионов тонн нефти.

Цикличность нефтеобразования согласуется с основными рубежами эволюции биосферы. Низкое содержание кислорода в протерозойской атмосфере обеспечивало преобразование отмершего органического вещества в восстановительной обстановке, а живое вещество прокатиотов, богатых липидами, было исключительно благоприятно для нефтеобразования.

Враннем палеозое оба эти фактора были менее благоприятны: количество кислорода в атмосфере увеличилось, а роль низших организмов в морских биоценозах уменьшилась.

Всреднем палеозое на прибрежных равнинах появились первые псилофитовые леса. В прибрежные области морей стал поступать с континентов органический материал, близкий по составу к водорослевому. Он мог принимать участие в нефтеобразовании и способствовал расцвету морских гетеротрофных организмов. Это обстоятельство дополнительно стимулировало проявление позднедевон- ско-раннекаменноугольного максимума нефтегенерации.

Впозднем мезозое получили развитие хвойные и цветковые растения. Распад Пангеи и раскрытие Атлантического океана благоприятствовали высокой продуктивности в эпиконтинентальных и окра-

35

инных морях планктона и формированию осадков, обогащенных органическим веществом. Как следствие, интенсивность нефтеобразования вновь достигла максимума.

Вопросы к теме 12

1.Эпохи максимального нефтенакопления в истории развития Земли.

2.Связь цикличности нефтеобразования с основными рубежами эволюции биосферы.

Литература к теме 12

Баженова О.К., Бурлин Ю.К., Соколов Б.А., Хаин В.Е. Геология и геохимия нефти и газа. М.: Изд-во МГУ ; Академия, 2004. 415 с.

Вышемирский В.С., Конторович А.Э. Циклический характер нефтенакопления в истории Земли // Геология и геофизика. 1997.

Т. 38. № 5. С. 907–918.

Ермолкин В.И., Керимов В.Ю. Геология и геохимия нефти и газа. М.: Недра, 2012. 460 с.

36

ЧАСТЬ 2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

Тема 13. ЭВОЛЮЦИЯ ОКЕАНОВ

ВИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ

Всреднем солёность Мирового океана составляет около 34,72‰,

сколебаниями от 34 до 36 ‰. Это значит, что в каждом литре морской воды растворено 35 граммов солей (в основном это хлорид натрия). Солёность воды в океанах почти повсеместно близка к 35 ‰, однако вода в морях имеет неравномерно распределённую солёность. Наименее солёной является вода Финского залива и северной части Ботнического залива, входящих в акваторию Балтийского моря. Наиболее солёной является вода Красного моря и восточная часть Средиземного моря. Солёные озёра, такие как Мёртвое море, могут иметь значительно больший уровень содержания солей.

Морская вода слабо щелочная, pH варьирует в пределах от 7,5 до 8,4. Наиболее высоко значение pH у поверхности моря, с глубиной оно несколько снижается. В опреснённых участках величина pH может снижаться до нейтральной и даже слабокислой.

Растворенные соли составляют огромную массу, ее осаждение образовало бы на дне океанов слой толщиной не менее 30 м. Соли и другие вещества находятся в океанической воде преимущественно в виде ионов, значительно меньше в виде взвесей и, наконец, в виде газов. В ней были обнаружены все химические элементы и все их изотопы. Однако основную массу солей составляют девять главных ионов, которые в сумме дают 99,88 % всех растворенных в океане соединений:

Солевой состав океанической воды эволюционировал вместе с развитием самого океана. Представления о глубинном, ювенильном

37

происхождении океанских вод основываются также на сходстве солевого состава океанских и ювенильных вод, выделяемых при вулканических извержениях, и на данных о содержании определенных химических элементов в веществе хондритов с учетом количества имеющейся в них воды.

Большие изменения в содержании углерода обусловлены связыванием его в углекислоту, которая, затем осаждается в виде карбонатов (главным образом карбоната кальция). Кроме того, количество углерода уменьшается в процессе фотосинтеза, который действует со времени появления биосферы. С возникновением на Земле жизни связана большая потеря первичным океаном азота, а также йода, который потребляется некоторыми морскими организмами в значительных количествах.

Содержание некоторых элементов в первичном ювенильном растворе и в воде современного океана (по М. Г. Валяшко, 1971); г/100 г воды

С момента стабилизации состава атмосферы стабилизовались формы существования и миграции главных элементов солевого состава морской воды. Хлоридно-сульфидный солевой ее состав становится хлоридно-карбонатно-сульфатным. Это происходило 1–0,5 млрд лет назад, в конце протерозойской эры. С этого периода, по мнению большинства исследователей, солевой состав океана не изменяется до наших дней.

А. П. Виноградов считал, что океан (океанические воды в глобальном масштабе) «пережил» три стадии эволюции солевого состава.

1. Первая стадия протекала в период «безжизненного» состояния Земли (4–3 млрд лет назад). На первой стадии развития, в раннем архее, существовал небольшой по объему и, по-видимому, неглубокий

38

океан. Водяные пары, выносимые при вулканических процессах, содержали в большом объеме в виде растворов такие летучие соединения, как НС1, HP, NH3 и др. Следовательно, первоначально океан состоял из вод с достаточно резко выраженной кислой реакцией; по существу, это была смесь разбавленных водой кислот с резким преобладанием угольной кислоты. Кислотность этих первичных океанских вод усугублялась также на первых порах высоким содержанием кремнекислоты. Кроме этого воды океана содержали большое количество растворенного азота. На первой стадии развития происходило взаимодействие океана и с «первичной» атмосферой. Из последней извлекались вещества, способные переходить в океанический раствор.

2.Вторая стадия заняла огромный отрезок времени – от 3 млрд до 600 млн лет назад. Развитие жизни на второй стадии существования океанического раствора определили коренные изменения химизма океана. Живые организмы в процессе фотосинтеза стали выделять свободный кислород, который на первой стадии практически отсутствовал и в атмосфере, и в океане. При поступлении кислорода восстановительные свойства атмосферы сменились на окислительные. Она стала постепенно приобретать черты современной азотно-кис- лородной воздушной смеси.

С появлением окислительной атмосферы изменилась главная форма существования азота, основная его масса переместилась из океана (где он существовал как раствор NH3) в атмосферу в виде молекулярного азота.

С появлением кислорода изменились формы миграции железа и серы: железо из формы Fe2+ перешло в Fe3+ и стало менее подвижным; сера, представленная первоначально анионом S, перешла в SO4

иначала накапливаться в морской воде; изменилась подвижность кальция и магния. Последние два элемента наряду с железом способствуют осаждению из океана бора и фтора путем образования труднорастворимых солей. Фтор, кроме того, усваивается некоторыми организмами.

3.Наконец, третья стадия, когда океан стал и по объему, и по солевому составу близок современному, длится последние 600 млн лет. И во второй, и в третьей стадиях существования океана морская вода содержала малое количество кремнезема, который растворяется

39

только при высоких температурах и давлении. Поэтому большое количество кремнезема выпадало в осадок в самые первоначальные этапы существования океана. С появлением живых организмов значительная часть кремнезема начинает переходить в осадок благодаря органическим процессам, в частности таким, как образование кремневых панцирей одноклеточных водорослей.

Вопросы к теме 13

1.Основные компоненты в воде первичного океана.

2.Основные компоненты в воде современного океана.

1.Стадии эволюции солевого состава океана.

2.Особенности каждой стадии развития океана.

Литература к теме 13

Валяшко М.Г. Эволюция химического состава воды океана // История Мирового океана. М., 1971. С. 97–104.

Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. М., 1967. 216 с. Дроздовская А.А. Химическая эволюция океана и атмосферы в

геологической истории Земли. М., 1990.

Казанский Ю.П. Об изменении газового и солевого состава океанских вод // Геология и геофизика. 1977. № 8.

Холленд Х. Химическая эволюция океанов и атмосферы. М., Мир, 1989.

Тема 14. ЭВОЛЮЦИЯ ГАЗОВОГО СОСТАВА АТМОСФЕРЫ

Состав первичной атмосферы при её образовании и в настоящее время представлен в таблице.

40