§ 1 Перенос осадочного материала в морях иокеанах

Достигнув конечного водоема стока, обломочные частицы оказы­ваются в новой среде, где действуют иные чем на суше геологические агенты. На мелководье, в пределах шельфовой зоны, - это ветровые волны, приливно-отливные течения, далее - океанская зыбь, внутрен­ние волны; на континентальном склоне - гравитационные силы, по­рождающие оползни, обвалы, различного рода гравитационные пото­ки; в пределах абиссали - поверхностные и придонные морские и океанические течения.

Баланс терригенного материала, поступающего в моря и океаны, складывается из твердого стока рек, вещества, приносимого ветрами, и материала, разносимого ледниками и айсбергами. Значительную роль играет морская абразия - разрушительное действие волн на породы, которыми сложены береговые уступы. Наиболее достоверные данные, касающиеся количественной оценки и структуры твердого стока рек, базируются на многолетних наблюдениях в устьях крупней­ших речных артерий, обладающих гигантскими водосборными бассей­нами в пределах суши. Три крупнейшие реки в мире: Амазонка, Миссисипи, Ганг (с Брахмапутрой) обеспечивают почти половину всего твердого стока рек, достигающих побережья океанов. С речными водами в Мировой океан ежегодно поступает 22,1 млрд. т терригенного материала. Как подчеркивает А. П. Лисицын (1988 г.), основная масса терригенного вещества, мобилизованного на континентах, выносится в океан в тропическом климатическом поясе (более 80% объема всего твердого стока). В составе взвеси преобладает тонкий глинистый материал.

Это связано с размывом мощных кор выветривания, формирова­нию которых благоприятствует высокая среднегодовая температура, обилие атмосферных осадков и гуминовых кислот в почвах, а также широкое распространение растительности. Важным обстоятельством, определяющим преимущественный вынос терригенного кластического материала в океан в тропической зоне, является широтное положение

Альпийско-Гималайского пояса. Именно с Гималаев стекают две крупнейшие реки Инд и Ганг, поставляющие в Индийский океан 2177 млн. т взвеси, в основном глинистой. Кстати, в составе пелитовых фракций здесь преобладают иллит и хлорит - минералы, вымываемые из древних осадочных и метаморфизованных пород. Таким образом, особенности современного распределения терригенного речного сноса в океаны с континентов во многом обусловлены тектоническими событиями последних эпох, в частности столкновением Евразиатского континентального блока с субконтинентом Индостан, следствием которого стал рост Гималаев.

В поясах с аридным климатом важнейшим агентом, поставляющим осадочный материал с континента, является ветер. Как отмечалось выше, во время пыльных бурь огромное количество тонких частиц поднимается с поверхности прибрежных пустынь в воздух. Часть из них сразу уносится в океан, другая, пройдя через тропосферу, также опускается в пределах водных пространств. Этот перенос имеет отчет­ливо выраженный широкий характер.

После песчаной бури, происшедшей в 1985 г. в Западной Сахаре, в специальных ловушках, установленных на Азорских островах и во Флориде, оказалось большое количество эоловых частиц. На Азорских островах преобладали частицы размерами 0,005 м, во Флориде -

1. 001 мм. На то, чтобы пересечь Атлантический океан им потребова­лось менее суток. При изучении терригенной фракции осадков глубо­ководных котловин Тихого, Индийского и Атлантического океанов обнаружилось присутствие многочисленных зерен кварца, полевых шпатов и других минералов с характерным "пустынным загаром" - оболочкой из оксидов железа, образующихся в условиях пустынь и полупустынь. При исследовании глинистых минералов в отложениях Восточно-Индийской котловины было выявлено преобладание каоли­нита- минерала, выдуваемого из древних латеритных кор выветрива­ния, обнажающихся в пустынях Западной Австралии. В западной части глубоководной котловины Аравийского моря повсеместно обнаружи­вается палыгорскит, не способный к длительному переносу в вод­ной среде. Он выдувается ветром с возвышенностей Аравийского п-ова и Сомали. Согласно Уилдому, до 80% терригенного материала, достигающего центральных районов Тихого океана, обязано эоловому разносу.

В количественном отношении эоловый разнос значительно уступа­ет речному. По А. П. Лисицыну, в Мировой океан поступает ежегодно около 7,6 млрд. т осадочного материала, подхваченного на континен­тах ветрами.

Наименее достоверные данные существуют в отношении роли ледников, способных уносить в океан не только тонкие частицы, но также гравий, валуны и гальку. По оценке А. П. Лисицына, количество этого материала в настоящее время составляет 1,5 млрд. т, т. е. его доля в общем балансе терригенной поставки в океан не превышает 7%. Однако, Гаррелс и Маккензи (1971 г.) полагают, что ледники уносят в океан (в основном из Антарктиды) более половины всего материала, поступающего с континентов.

Впрочем, сфера распространения ледников, спускающихся в море, ограничивается высокими широтами. Айсберги, в которые также впаяны терригенные обломки, спускаются до широты 45-47° (?). Поэтому этот геологический фактор имеет определяющее значение лишь в пределах ледовой климатической зоны.

Таким образом, основным поставщиком осадочного материала с континента являются в гумидных климатических поясах - реки, в аридных зонах - ветер, в полярных широтах - ледники. Четвертый источник - береговые уступы, имеет местное значение. Они разруша­ются под ударами волн, а высвобождающийся при этом материал, как правило, разносится вдоль побережья течениями. Известно, что наи­большая штормовая активность наблюдается в умеренных широтах (40-50°) обоих полушарий. Именно здесь в результате абразии в океан поступает больше всего терригенного материала. Впрочем, масштабы абразии определяются еще и типом побережья. На низменных участках энергия волн тратится не столько на разрушение горных пород в береговых уступах, сколько на перемещение больших масс песчаного материала, вследствие которого меняется только профиль дна, боль­шая же часть вещества в береговой зоне в целом сохраняется.

Ветровые волны являются одним из важнейших агентов переноса осадочного материала в шельфовой зоне морей и океанов. Шельф - это погруженная под воду выровненная площадка, которая была вырабо­тана морем в краевой части континента или вокруг островов. Уклоны дна в пределах шельфа крайне малы, обычно не более 0,01°. Ширина его резко меняется в зависимости от тектонического строения конти­нентальной окраины, в состав которой он входит, - от 20 до 500 км и более. Внешний край шельфа располагается на глубинах 180-200 м.

Морские волны, обладающие большой кинетической энергией, способны перемещать довольно крупные осадочные частицы, находя­щиеся на дне. Считается, что глубина, на которую распространяется воздействие волны, равна половине ее длины, т. е. половине расстоя­ния между гребнями соседних валов. Это расстояние обычно не превы­шает 50 м, т. е. большинство волн способно воздействовать на дно лишь в пределах 25-метровой изобаты. Существует, однако, еще и океанская зыбь, между отдельными валами которой дистанция значи­тельно больше - до 200 м. Эти волны ощущаются на дне до глубин около 100 м.

Большая часть энергии волн расходуется в прибойной зоне, где они способны взмучивать большое количество осадка и волочить

довольно крупные обломки. Последние постепенно шлифуются и истираются, превращаясь в гравий и гальку. Тонкий же материал выносится из прибойной зоны возвратными потоками воды. Именно поэтому с течением времени в береговой зоне возникают галечные и песчаные пляжи, в зависимости от строения побережья, типа тектони­ческого режима и состава коренных пород. Крупный кластический материал накапливается на пляже, причем наиболее грубый - в прибойной зоне, тогда как более тонкий вымывается на глубину, где воздействие волн на осадок значительно слабее. На глубине 5-10 м волны еще способны взмучивать частицы тонкой песчаной размернос­ти, ниже этих отметок - только пелит и алеврит, на глубинах более 25-30 м волнами мобилизуются уже только самые тонкие, пелитовые частицы.

Благодаря этому возникают условия, благоприятствующие диффе­ренциации осадочного материала по размерам. Этот процесс, получив­ший название механической дифференциации вещества (Л. В. Пустова- лов, 1940 г.), приводит к довольно строгой локализации гранулометри­ческих типов осадков в прибрежной части многих морей, а отчасти и на океанических шельфах, т. е. по мере удаления от берега и увеличе­ния глубины дна гравийно-галечные наносы сменяются песками, те на определенной глубине - алевритами, а эти последние - алеврито-пе- литовыми и пелитовыми илами.

Действительно, подобная смена осадков наблюдается во многих бесприливных морях с гористым типом побережий. На океанических шельфах картина распределения различных гранулометрических типов отложений значительно сложнее. Здесь действуют различные поверхности и придонные течения, в прибрежной же зоне важную роль зачастую играют приливы и отливы. Бурные водные потоки, скатываю­щиеся в отлив по широким руслам, которые соединяют приливно-от­ливные равнины низменных участков побережий с открытым океаном, выносят большое количество осадочных частиц. Самые крупные из них оседают в так называемой отливной дельте, другие, находящиеся во взвешенном состоянии, продолжают перемещаться в составе отливного потока, который, распадаясь на несколько струй, еще долгое время не теряет своей индивидуальности. Эти струи отличают­ся повышенной мутностью и поэтому получили название нефелоидных потоков. Обычно в толще воды над шельфом выявляется несколько таких потоков: придонный, поверхностный и промежуточные. Самый мощный из них - придонный. На шельфе Техаса в Мексиканском заливе придонные нефелоидные потоки прослеживаются от берега до континентального склона, т. е. на расстоянии 150-200 км. При этом концентрации взвеси, представленной частицами пелитовой размер­ности, могут достигать 2-3 г/л.

На узких шельфах отливные потоки и возвратные течения, возни­

кающие при разрушении штормовых волн в прибойной зоне, устремля­ются к вершинам подводных каньонов, глубоко врезанных в морское дно. Они перехватывают большую часть взвеси, перемещают ее из береговой зоны. В дальнейшем перенос происходит вдоль ложа под­водного каньона, раскрывающегося на континентальное подножие или в глубоководный желоб, т. е. на глубинах несколько тысяч метров.

Самые, однако, мощные нефелоидные течения были обнаружены в авандельтах крупных и крупнейших рек. Эти потоки, также делящие­ся на придонные, поверхностные и промежуточные, несут взвесь в основном речного происхождения. По существу они и являются продолжением речных потоков. Струи пресной воды далеко не сразу смешиваются с морской соленой. Так, на бразильском шельфе перед устьем р. Амазонка вода остается пресной на удалении до 150 км от побережья. Именно так, обнаружив за бортом пресную воду, испанс­кие моряки открыли устье этой великой реки. Мощные нефелоидные потоки, зарождающиеся в авандельте р. Амазонка, отклоняются Гвианским течением на север и движутся над северо-бразильским шельфом, шельфом Суринама и Гайаны, прослеживаясь вплоть до дельты р. Ориноко. Эти потоки перемещают огромное количество алевритовой и пелитовой терригенной взвеси, которой сложены не только илы в авандельте р. Амазонка, но и так называемые иловые холмы у побережья Суринама - мелководные отмели из глинистого ила, мигрирующие вдоль берега под воздействием штормовых волн или океанской зыби.

Не менее мощные нефелоидные струи двигаются из устья р. Инд вдоль края шельфа п-ова Индостан на юг. Они несут тонкую глинистую взвесь, представленную чешуйками иллита и хлорита. Эти минералы, мобилизующиеся при размыве метаморфических комплексов в Гима­лаях, были обнаружены А. И. Конюховым в составе осадков внешнего шельфа и континентального склона почти до широты Гоа. В прибреж­ных районах западно-индостанского шельфа в илах распространены другие минералы: монтмориллонит и каолинит, вымываемые из кор выветривания в Западных Гатах и на плато Декан. Таким образом, нефелоидные потоки Инда определяют осадконакопление в обширной зоне протяженностью более полутора тысяч километров. Масштабы переноса вещества нефелоидными течениями в Мировом океане до настоящего времени не определены, однако, не вызывает сомнения, что они грандиозны.

Над шельфом и континентальным склоном действуют как поверх­ностные, так и придонные океанские течения. Последние воздействуют на компоненты в составе донных осадков. Тонкие частицы взмучива­ются струями донных течений и уносятся вниз, на континентальный склон. Но эти течения часто обладают скоростью, достаточной для перемещения довольно крупных зерен и агрегатов, имеющих не

Рис. 3. Пути перемещения осадочного материала в пределах подводной окраины материка.

Течение и потоки:} - приливно-отливные, 2 - вдольбереговые; 3 - нефелоидные, 4 - дет- ритовые и зерновые, 5 — турбидитные, 6 — придонные контурные

только алевритовую, но и песчаную размерность. Нередко частицы "перевеиваются" водными струями наподобие песков в пустыне. Об этом свидетельствует образование на дне аккумулятивных форм, которые напоминают песчаные дюны. Эти формы, широко распростра­ненные на шельфе, получили название подводных дюн. Они мигриру­ют, как и песчаные дюны, в направлении действия течения. Благодаря влиянию придонных течений из осадков, развитых на срединной шельфовой равнине и внешнем шельфе, вымываются тонкие состав­ляющие.

Если на шельфе основную роль играют гидродинамические факто­ры, то на склоне и его подножии процессы осадконакопления в значи­тельной мере определяются гравитационным фактором (рис. 3). С ним связаны разнообразные по масштабу и характеру явления, начиная с подводных обвалов - камнепадов и срывов крупных блоков пород и кончая образованием огромных оползней, ламинарных и турбулент­ных потоков вещества.

Важнейшим событием, совершившим подлинный переворот в представлениях о процессах переноса и осаждения вещества в прикон- тинентальной зоне океана (а также в абиссальных районах вокруг подводных гор и поднятий), было открытие Ф. Кюненом в 1950 г. суспензионных (мутьевых) турбулентных потоков.

Помимо мутьевых существует целая гамма гравитационных потоков в различной степени разжиженного осадочного материала. В качестве общего для них названия предложен термин масс-флоу (mass-flow). Различаются потоки обломков дебрис-флоу (debris-flow), зерновые потоки грейн-флоу (grain-flow), потоки тонкого илистого материала мад-флоу (mud-flow) и др. В отечественной литературе подобные потоки и связанные с ними отложения впервые были описа- 32

ны И. В. Хворовой и А. П. Лисицыным. Под дебрис-флоу подразумева­ются ламинарные потоки высокой плотности, обусловленные стекани- ем разжиженных глинистых илов, увлекающих с собой разнообразные, в том числе и очень крупные обломки пород. Общим названием для потоков, несущих обломки пород, и потоков илистого материала, лишенных таковых, является термин пастообразные потоки осадочно­го материала.

Не меньшим распространением на окраинах материков характери­зуются грейн-флоу. Это - слаботурбулентные или ламинарные потоки вещества, плотность которых высока, хотя и ниже плотности пастооб­разных потоков. В соответствии с размерностью частиц, переносимых подобными подводными течениями, различаются потоки песчаных и алевритовых частиц.

Особое место занимают турбулентные мутьевые потоки, отличаю­щиеся также довольно высокой плотностью, хотя и уступающие в этом отношении зерновым и пастообразным потокам. Эти гравитационные течения играют большую роль в переносе осадочного материала на большие расстояния, до нескольких сотен и даже тысяч километров (Бенгальский и Индский подводные конусы выноса). Отложениям этих мутьевых течений, или турбидитам, принадлежит исключительно важное место в глубоководных разрезах континентальных окраин. Ими в основном сложены гигантские и малые подводные конусы выноса, так называемые фэны, обнаруженные во многих приконтинен- тальных районах океана.

Описанные выше процессы перемещения осадочного материала вниз вдоль материковых склонов к подножию в основном и определя­ют процессы седиментации в этой зоне. Активность и распространение этих процессов настолько велики, особенно в периоды понижения уровня Мирового океана, что дали основание А. П. Лисицыну выде­лить подножия материков в качестве одной из глобальных зон лавин­ной седиментации. Осадконакопление в нижней части материкового склона и на его подножии является лавинным не только в смысле скоростей аккумуляции осадков в этих зонах. Многие гравитационные течения представляют подводные лавины, двигающиеся с большой скоростью. Это - прежде всего мутьевые турбидитные и зерновые потоки. Так, перемещение огромных масс песчаного материала, выз­ванного землетрясением в районе Ньюфаундлендской банки, привело к обрывам густой сети подводных кабелей. Анализ времени наруше­ния связи по различным кабельным линиям, отстоявшим друг от друга на несколько километров, позволил в 1966 г. Ф. Шепарду и Л. Диллу рассчитать скорость движения этого зернового потока. Она достигает 28 км/ч.

Важно отметить, что гравитационные явления одного типа порож­дают другие явления, либо протекают совместно. Так, описаны случаи,

2-Ю.Бурлин и др. 33 например, К. Хсю на Цюрихском озере, когда вслед за оползанием значительных масс осадков зарождались мутьевые течения, а срыв огромных блоков пород сопровождался возникновением потоков обломков, или дебрис-флоу.

Широкое развитие гравитационных процессов характерно для большинства материковых окраин. С верхней половиной континен­тальных склонов, более крутой и разнородной в морфологическом отношении, связано большинство оползней. Здесь же зарождаются многие гравитационные потоки. В связи с этим верхняя часть склона является областью преимущественной эрозии. Сами оползни и массы осадков, перемещенные гравитационными потоками, концентрируют­ся в нижней части склона и на подножии. Наиболее яркими свидетель­ствами подводной денудации материкового склона служат ложбины и каньоны, которыми изобилуют протяженные участки континенталь­ных окраин; особенно это относится к атлантической окраине США.

Как считает большинство исследователей, активное развитие современных каньонов было связано с периодами падения уровня океана в плейстоцене. Береговая линия в эпохи оледенений значитель­но приближалась к кромке шельфа, поэтому материал, выносимый реками и приливно-отливными течениями, поступал непосредственно на склон и эродировал его поверхность, в результате чего образова­лись промоины и каньоны. Трансгрессия моря в голоцене привела к тому, что каньоны на пассивных окраинах потеряли непосредственную связь с питавшими их источниками и постепенно утратили активность. Однако в позднем плейстоцене они представляли эффективную систе­му транспортных артерий, по которым большая часть осадочного материала, выносимого на шельф, в конечном итоге сбрасывалась в глубоководные районы окраины.

Помимо потоков высокой плотности над материковыми окраина­ми, в том числе и над склонами, действуют низкоплотностные суспен­зионные течения. Они возникают чаще всего из описанных выше нефелоидных потоков вещества. Осаждение частиц из нефелоидных слоев происходит по закону Стокса. Взвесь, образующая самый насы­щенный, придонный нефелоидный поток, распространяется вниз по ложбинам и каньонам, что приводит к формированию так называемых гемипелагических осадков не только во всей обширной зоне склона, но и в пределах глубоководных конусов выноса.