9.2. Вещественный состав и классификация озерных отложений.

В основе большинства классификаций озерных отложений лежит соотношение и сочетание минеральной и органической составляющих, а также преобладание того или иного элемента в их зольной (минеральной) части. Отложения современных озер Белоруссии делятся на три типа: 1) органические малозольные сапропели; 2) органо-минеральные (высокозольные) сапропели; 3) минеральные отложения. В связи с тем, что смена осадков двух первых типов весьма постепенная, приняты условные количественные показатели каждого (рис.9.7).

Рис. 9.7. Схема классификации донных отложений (по О.Ф. Якушко)

Органический сапропель содержат более 50 % органического вещества (ППП); показатель содержания органического углерода (С_орг) колеблется в них в пределах 20—25 %, а фосфатов (Р₂О₅) — около 0,35—0,45 %. Сапропель с высоким значением планктонных организмов и сильно разложившихся остатков высших водных растений относится к числу тонкодетритовых. Грубодетритовым обычно называют органический, сапропелиь с преобладанием слабо разложившихся остатков макрофитов.

Органа-минеральный сапропель, содержание органического вещества в котором колеблется от 30 до 50 %, различается по преобладанию определенного элемента в зольном остатке. Выделяются: 1) кремнеземистый темноокрашенный 2) известковистый (карбонатный светлоокрашенный 3) смешанный (кремнеземисто-карбонатный) различных оттенков.

Разновидности органо-минеральных отложений заметно различаются по содержанию органического углерода. Наиболее высокое содержание (около 20%) характерно для кремнеземистого сапропеля наименьшее — для карбонатного. Содержание фосфора (Р₂0₅) в первом составляет 0,25-0,30 %.

Наиболее высокозольные органо-минеральные осад­ки, ППП которых не превышает 20—15 %, относятся к озерным илам. Последние по цвету могут варьировать от светло-оливковых до черных в зависимости от условий накопления и примесей макро- и микроэлементов; по механическому составу они чаще всего глинистые.

Среди кремнеземистого сапропеля и илов выделяется разновидность с повышенным содержанием железа (ожелезненный сапропель илы).

Третий тип озерных отложений — минеральный также делится на несколько разновидностей. .Тип объединяет пески заиленные, пески, глины, песчано-галечниковые осадки. К этому же типу условно отнесены пески и заи­ленные пески, в большом количестве обогащенные об­ломками раковин (ракушечник). Что касается содержа­ния органического вещества, .то его количество может варьировать от 15% (заиленные пески) до 1 —1,5 % в песчано-галечниковом материале. Минеральные осадки нередко содержат повышенное количество хемогенного карбонатного вещества (пески и глины карбонатные), количество которого достигает 10—12 % в валовом со­ставе.

Таким образом, в состав типичных отложений озер (сапропель, илов) входят два основных компонента: органический и минеральный. Органическое вещество в осадках формируется за счет растительных и животных организмов, обитающих в озерах. Многие исследователи считают, что основной органической частью сапропелем/ являются остатки планктонных (главным образом фитопланктонных) организмов.

Существует также мнение, что сапропель органического типа формируется за счет развития макрофитов. Это касается главным образом грубодетритовых отложений высокоэвтрофных и зарастающих озер. Такой сапропель получает название, соответствующее преобладанию в них тех или иных растительных ассоциаций: рдестовые, телорезовые и т. д.

Органическое вещество как в озере, так и в сапропелях имеет автохтонное и аллохтонное происхождение, максимальные величины ППП свойственны грубодетритовым осадкам и достигают 90 %.

Накопление органического вещества сочетается с окислением (разложением) и превращением в простые минеральные вещества. Преобразование органического вещества в сапропеле связано также с деятельностью редуцентов, главным образом бактерий и грибков, могу­щих существовать даже в анаэробных условиях. В 1 г абсолютно сухого вещества верхнего слоя сапропеля озера Червоного об­наружено несколько миллионов микроорганизмов.

Общим показателем для характеристики органического вещества сапропеля служит содержание соединений азота, углерода, фосфора, гуминовых кислот, витаминов (В₁₂, В₁, В₂), каратиноидов. Особенно богат сапропель соединениями азота, содержание которого" в пелогенггом слое достигает 8,5 % азота на органическую массу.

Из элементов, входящих в состав зольной части озерных отложений, наибольшее значение имеют соединения кремнезема, алюминия, железа, серы, кальция, магния, щелочных металлов. Обычно они определяются в окисных формах: Si0₂, A1₂O₃, Fe₂O₃, SO₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂0.

Во всех типах озерных отложений присутствует кремний. В песчаных литоральных осадках его содержание превышает 80 %. Минимальное количество SiO₂ обнару­жено в высокоорганических грубодетритовых (2—5 %) и тонкодетритовых (около 10%) отложениях. Относитель­но низкое содержание кремнезема в карбонатном типе осадков — 5—7 %. Мобилизация кристаллического крем­ния связана с поверхностным стоком и абразионной дея­тельностью. В профундальной зоне отмечается повышенное количество аморфного кремния за счет скопления створок диатмовых (диатомит).

С силикатной частью осадков связано также накопление соединений алюминия, поступающих с поверхностным и грунтовым привносом. Наиболее значительно содержание алюминия в тонкодисперсной части глинистых илов и кремнеземистого сапропеля — оно достигает 15—18 %. В литоральной же зоне количество А1₂О₃ не выше 3,5— 5 %. Соотношение кремнезема и алюминия в алюмосиликатной составляющей озерных отложений служит пока­зателем пород, слагающих водосбор. Например, в озерах Браславской группы средняя величина А1₂О₃ 9,1 %, а в Нарочанских - всего 5,6 % в связи с более песчаным составом водосбора озер Нарочанской группы.

К числу важнейших составляющих зольной части озерных отложений относятся карбонаты, главным образом кальция. Их содержание в разных типах осадков заметно различается и вместе с тем отражает специфические черты водосборов и внутренние лимнические особенности водоемов.

В органо-минеральных отложениях кремнеземистого состава, преобладающих в озерах Белоруссии, обычно карбонатов менее 10 %, т. е. содержание их ниже не толь­ко содержания кремния, но нередко алюминия. Поэтому заметное (более 20 %) увеличение карбонатов в осадках служит важным типологическим по­казателем при региональной классификации озер, а также индикатором литологии водосборов.

Н. М. Страхов считает, что процесс образования озерной извести контролируется четырьмя факторами: концентрацией и составом солей, растворенных в озере; давлением ССЬ в воздухе и его содержанием в воде; температурным режимом водоема и развитием в нем органической жизни.

Приток карбонатного вещества в озеро — функция его запасов в породах водосбора а деятельности поверхностных и подземных вод. Можно предположить, что источником поступления карбоната кальция являются ко­ренные породы, залегающие недалеко от поверхности. Однако известно, что минерализация грунтовых вод верхнего слоя девонских пород не превышает 0,5 г/л. Отсутствие выдержанных водоупоров между антропогенной толщей и коренными отложениями в сочетании с влажным климатом стимулирует нисходящее движение вод, что приводит к постепенному расслоению верхних водо­носных горизонтов девонских пород. Основными источниками грунтового питания озер в северной и центральной части республики служат водоносные горизонты четвертичной толщи, от состава которых зависит минеральное питание водоемов.

Указанная закономерность нарушается в Полесье, где большое значение имеет восходящее движение подземных вод, обусловленное длительным изостатическим погружением. Это причина поступления в озера раство­римого СаСОз из сильно окарстованных известняков, подстилающих антропогенные песчаные отложения Полесья.

На западе Белоруссии содержание карбонатов в ан­тропогенных породах более высокое, чем в восточной части. Это свидетельствует о преемственности процесса карбонатонакопления в озерах западной части республи­ки и Средней Европы, расположенных в области Поозерского (Вюрмского) оледенения (Ютландия, Германо-Польская низменность источником накоп­лений моренного материала в основном была Южная Скандинавия с высо­кой степенью карбонатности горных пород. Поэтому в этих районах в течение всего голоцена и в современную эпоху фор­мировался карбонатный фон осадконакопления.

Изучение донных отложений озер Белоруссии позволяет продолжить границы распространения карбонатных морен Средней Европы в пределы Литвы и западной части Белорусского Поозерья. Она в значительной степени приурочена к области распространения крупных меловых отторженцев, а также к наиболее значительным месторождениям пресноводных известняков, залегающих под торфом. Восточнее этой границы преобладает силикатный тип антропогенных отложений и озера-карбонатонакопители практически отсутствуют. Нет их и далее на восток, в пределах Калининской, Смоленской областей и южной части Псковской.

Однако приток жестких вод (внешняя причина) еще не может обеспечить осаждения кальция в озерных осадках. Для этого необходим комплекс благоприятных физико-химических и биологических условий в конкретном водо­еме. В качестве показателя карбонатной системы обычно применяются величины СО₂ агрессивной и степень насыщенности воды карбонатом кальция. В том случае, когда СО₂ свободная больше СО₂ равновесной, СаСОз в воде находится в растворенном состоянии и не выпадает в оса­док: СаСОз + СО₂- Н₂О => Са²⁺ + 2НСО₃^-. Если же СО₂ найденная меньше СО₂ равновесной, СаСОз перенасыщает воду и выпадает в осадок:

Са²⁺ + 2H СО₃^-+ СаСОз + СО₂ + Н₂О.

Равенство свободной и равновесной СО₂ соответствует карбонатному равновесию (Жуховицкая А. Л.).

Характер карбонатной системы отражает определенный тип озера. В одном и том же озере эта система может смещаться в ту или другую сторону в зависимости от сезонных изменений. Колебания в содержании угле­кислого газа отражают интенсивность развития жизни в озере, процессов накопления и разложения органического вещества. Большое значение при этом приобретают мор­фология котловины и гидродинамические особенности водной массы.

Под влиянием перечисленных факторов в озере формируются зоны карбонатообразования, растворения и осаждения кальцита.

В глубоких озерах при достаточном поступлении кар­бонатного вещества возможно осаждение СаСО₃, особен­но в сублиторальной зоне, где отсутствует прибой, а количество СО₂ в воде минимально в течение безледного периода. Сумма перечисленных условий создается в мезотрофных озерах западной части республики: Нарочь, Глубля, Ричи, Струсто, Долгое, Белое (Гродненское) и др.

В неглубоких эвтрофных водоемах летом в условиях интенсивного фотосинтеза и высокой температуры карбонатообразование развивается почти во всей толще воды, однако зимой, когда количество СО₂ резко увеличи­вается, во всем объеме водной массы возникают условия миграции кальция из донных отложений в воду. Поэтому карбонатонакопленне в озерах эвтрофного типа наблюдается редко и при очень высоком поступлении кальция с водосбора (Мястро, Глубелька)

Образование известковистых отложений связано с жизнедеятельностью животных и растительных организмов. Это моллюски с карбонатными раковинами и не­которые виды макрофитов (харовые, телорез, элодея). Они создают густые ассоциации в сублиторальной зоне озер-карбонатонакопителей. Особенно ярко выражена способность усваивать растворимый в воде СаСО₃ у харовых водорослей, которые отличаются жесткой кальциевой инкрустацией и после отмирания обогащают донные осадки карбонатным веществом.

Наиболее известный карбонатонакопитель среди озер Белоруссии — это озеро Нарочь. В малом плесе озера известковистые сапропели в виде грязно-белой кашицеобразной массы мощностью до 6 м составляют основу осадконакопления на глубинах 2—8 м. В большом плесе широко распространен смешанный сапропель и кремнеземистые отложения повышенным (15—20 %) содержанием СаСОз (табл. 9.1).

Таблица 9.1