4. Седиментогенные химические компоненты

Химические компоненты, рождающиеся в гидросфере при пересы­щении истинных растворов или коагуляции коллоидных, исключитель­но важны как в научном, так и в практическом отношении и образуют не только осадки — породы, но и толщи — формации: эвапоритовые (соле­вые) , карбонатные, железорудные, кремневые и др. Они наиболее рав­новесны к физико-химическим условиям водной среды и поэтому отра­жают ее неискаженно и определенно, что и позволяет использовать их для палеогеографического анализа. Л.В. Пустовалов, называя их мото- генными, т.е. рожденными в путях переноса или в движении, перечисля­ет ряд процессов, создающих их твердые фазы: окисление сидеритовых, сульфидных и других восстановленных форм металлов, гидролитическое расщепление соединений и органического вещества, выветривание поле­вых шпатов с образованием глинистых минералов (в очень малых коли­чествах) , взаимодействие с газами, растворами, выпаривание растворов, коагуляция и адсорбция и биосинтез органического вещества и скелета. Последний рассмотрен отдельно (см. 4.6).

Наибольшие по объему накопления дает испарение природных рас­творов, приводящее к формированию мощных толщ карбонатов, суль­фатов, хлоридов и в меньших количествах — соединений кремнезема, железа, марганца, фосфатов, глинозема. Из карбонатов в настоящее время стадии насыщения достигают лишь известь и реже доломит. Оба эти соединения в твердую фазу выпадают из раствора в теплых и обычно мелководных водоемах аридных зон из-за удаления растворяющего их СО2 в воздух при нагревании вод или поглощения его водорослями и вы­сшими растениями. Благодаря этому бикарбонатная форма переходит в монокарбонатную (см. гл. 7), менее растворимую. Так как карбонатные кристаллики растут медленно, осадок формируется из микритового (размер зерен меньше 0,01 мм, часто и меньше 0,001 мм) вещества, кри­сталлики которого ориентированы хаотично, что делает его темным в проходящем свете под микроскопом. В подвижных водах выпадение кар­боната происходит и на взвешенных песчинках — так образуются мно­гие оолиты. С углублением в геологическое прошлое и ослаблением био­генного извлечения извести, кремнезема и других биофильных элемен­тов из гидросферы масштабы хемогенного образования минералов и их седиментация возрастали и тогда накапливались таким способом мощ­ные толщи. В архее выпадал из растворов и сидерит, что свидетельствует о недостатке кислорода в атмосфере и большем содержании СО2.

Более растворимые сульфаты кальция — гипс и ангидрит — и еще больше хлориды — каменная соль (галит), сильвин, карналит, бишофит и сульфаты магния, калия, натрия, а также бораты выпадают при боль­шем выпаривании растворов и превращении их (для ряда солей) в рапу

• концентрированный рассол, треть которого составляют растворенные соли (см. гл. 8). Это всегда осуществлялось в ограниченных водоемах, то больших по площади, то меньших, почти всегда мелководных, хотя не исключаются и довольно глубоководные (первые сотни метров). Особым генетическим типом таких глубоководных водоемов являются современ­ные впадины Атлантис-П, Дискавери и другие в Красном море, где на глубинах больше 2 км в зоне спрединга и подводного базальтового вул­канизма обнаружены высокоминерализованные рассолы с температурой до 60°, из которых могут выпадать сульфаты и хлориды. Источник их не ювенильный, не мантийный, а стратосферный — ранее сформированные миоценовые (мессинские) эвапориты, выходящие в бортах впадин.

Ббльшая часть эвапоритов формируется по модели Кара-Богаз-Го­ла, т.е. в мелководном водоеме, соединенном с основным водоемом — морем или океаном — постоянно действующим проливом, лучше с одно­сторонним течением — в сторону выпаривательного водоема. Постоян­ство тока солеприносящей воды обеспечивается низким (до -10 м и ни­же) уровнем воды в выпаривательном бассейне.

Твердая фаза солей образуется в первую очередь в верхних, более прогретых слоях (Гуляева и др., 1968; Дивер, 1986; Петтиджон, 1981; и др.), в которых нередко довольно крупные кристаллы галита или других солей в виде пирамидок — соляных лодочек — плавают в жаркие дни и, опускаясь на дно, в осадок, часто доломитовый, отпечатываются в нем (в верхах казанского и низах татарского ярусов в районе Казани).

Коагуляция коллоидных растворов кремнезема, глинозема, окислов железа, органического и глинистого вещества происходит от соприкос­новения с электролитами морской воды в прибрежной зоне морей, где и возникает ббльшая часть гелей, которые, при наличии застойно-водных

или тиховодных ловушек, выпадают в осадок здесь же или выносятся дальше в море и там часто рассеиваются среди других компонентов осад­ка. Перечисленные соединения, как и некоторые другие, переносятся и в виде истинных растворов и выпадают из них при пересыщении, которое наступало более часто в древние эпохи, особенно — в докембрии, напри­мер при формировании джеспилитов.

Вместе с коллоидами осаждаются благодаря адсорбции ванадий, уран, марганец, медь, свинец, цинк, титан, хром и другие малые и ре­дкие элементы.

Химическая садка из истинных растворов участвует и в образовании фосфоритов, по теории А.В. Казакова (1937), при подъеме богатых био­генными фосфатами глубинных вод (см. гл. 9), и в образовании железо­марганцевых конкреции, которые отчасти также формируются и из кол­лоидных форм этих элементов. В соответствующих условиях из раство­ров выпадают и сульфиды, и другие соединения, хотя и в малых объе­мах. К этому типу компонентов можно отнести и воздушно-осажденные осадки — серу из сероводорода вулканических фумарол, снег, а также лед (в водоемах), сезонный и многолетний. Но последние компоненты эфемерны, хотя и оставляют следы в осадках, например выпахивание льдом ложбин в донных и прибрежных осадках.

Хемогенные компоненты, как и биогенные, отчетливо эволюциони­ровали в истории Земли, что делает их ценными геологическими часами и документами состава атмосферы и гидросферы и физико-химических условий локальных обстановок: температуры, солености, Eh, pH, компо­нентного состава и даже гидродинамики.

Практически все осадки и породы из седиментогенных химических компонентов — ценные полезные ископаемые: сырье для черной и цветной металлургии, химическое сырье, пищевые компоненты и т.д.