Эволюция осадочного процесса

Средний химический состав (%) осадочных толщ крупных стратиграфических комплексов (по А. Энгелю).

Табличные данные показывают, что содержание главнейших элементов в осадочной оболочке постепенно менялось. Роль трехвалентного железа повысилась за счет окисления двухвалентного. Количество калия и кальция в породах увеличилось, по-видимому, за счет «запасов», накопившихся ранее в кислых океанических водах. После ощелачивания вод кальций переходил в осадок химическим путем и в результате жизнедеятельности организмов, а калий входил в состав гидрослюд [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.   Эволюция осадконакопления

Эволюция осадконакопления наглядно проявляется при прослеживании и сравнительном изучении какого-либо одного типа осадочных пород или осадочных формаций на протяжении всей геологической истории земной коры.

1. Эволюция железистых образований

В древнейшие этапы геологического развития среди железистых осадочных образований по крайней мере в течение первых 3-3,5 млрд.лет, резко преобладали джеспилиты (железистые кварциты). Они представляют собой тонкослоистые породы, состоящие из чередующихся слойков до 2-3 см кварц магнетитового или кварц-гематитового состава с примесью хлорита, серицита, роговой обманки, биотита. Осадконакопление происходило в пелагической области. Лишь в конце рифея - начале палеозоя образование джеспилитов прекращается. В начале протерозоя вместе с джеспилитами получили распространение вулканогенно-осадочные железистые отложения, которые, постепенно убывая, прослеживаются до середины палеозоя. В начале рифея появляются глауконитовые песчаники, роль которых постепенно возрастает вплоть до настоящего времени. Со второй половины рифея в разрезе появляются оолитовые гидрогетит-шамозитовые руды, которые известны и в современных бассейнах. По-видимому, одновременно с вышеописанными образованиями появляются железистые окисные озерные отложения и руды коры выветривания. В целом эволюция железистых образований идет в направлении повышения роли трехвалентного железа и количества воды в железистых минералах. Кроме того, в процессе эволюции железистые накопления из типично морских превратились в прибрежные и континентальные, что связано с постепенным повышением кислотно-щелочности вод, способствующих выпадению железистых соединений в осадок на ранних этапах литогенеза, вследствие чего вынос в море растворенных соединений железа ограничивается. Формация железистых кварцитов позднего архея и раннего протерозоя отсутствует в образованиях раннего архея. Начиная с рифея и в палеозое формируются геосинклинальные формации с оолитовыми и пизолитовыми гетит-хлоритовыми железными рудами, содержащими медь, цинк, свинец и кобальт. Начиная с мезозоя формируются платформенные формации с мощными залежами мелкоолитовых железных руд в прибрежных частях морских бассейнов, осадках дельт, эстуариев и речных русел. В этих рудах отсутствуют примеси цветных металлов [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Эволюция пород карбонатного и глинистого состава

 Эволюция состава карбонатных и глинистых пород Русской платформы прослежена А. Н. Виноградовым, А. В. Роновым и др.

Состав карбонатных пород Русской платформы на протяжении всей геологической истории закономерно изменяется : содержание кальция все время возрастает, содержание магния — падает. На фоне повышения Са и понижения содержания Mg наблюдается периодическое изменение содержания компонентов — максимумы и минимумы (рис. 2).

Рис. 2 Изменение во времени содержания (С, %) кальция и магния в карбонатных породах Русской платформы.(Прошляков)

Эти изменения наглядно показаны на кривой Са/Mg (рис. 3).

Кривая показывает, что карбонатообразование в истории земной коры эволюционировало от накопления доломитов или карбонатных пород, богатых доломитом, в сторону образования известняков, лишенных или бедных доломитом.

 

  Са/Mg              Этапы :  Каледонский          Герцинский       Альпийский

 

абсолютное время в млн.лет

Рис. 3 Изменение во времени отношения Са/Mg в карбонатных породах Русской платформы (по Виноградову).

Хемогенная садка доломита в настоящее время, как известно, осуществляется только в некоторых озерах суши (Большое Соленое озеро США, и некоторые другие).

Одновременно происходила эволюция органогенного карбонатонакопления в связи с эволюцией органического мира (рис. 4).

Еще более наглядным является изменение содержания кальция и магния в глинистых породах Русской платформы. В докембрии и нижнем палеозое отмечено более высокое содержание магния, в последующие времена содержание магния в глинах падает, а кальция увеличивается. Причем разрыв между содержанием этих элементов по мере приближения к современным отложениям все более и более нарастает. Возможно эти взаимоотношения отражают общую эволюцию карбонатного вещества, так как глинистые породы всегда содержат более или менее значительное количество карбонатов.

Рис. 4 Эволюция органогенного карбонатонакопления в истории Земли (по Страхову):

1 – водоросли,  2 –  кораллы,  3 - донные фораминиферы, 4 - археоциаты, 5- мшанки, 6 – брахиоподы, 7 – криноидеи, 8 - морские ежи, 9 - пелециподы, 10- гастроподы, 11 – птероподы, 12 - глубоководные брахиоподы, 13- глубоководные криноидеи, 14 - глубоководные двустворчатки 15 - глубоководные ежи, 16 – кокколитофориды, 17 - фораминиферы.

Аналогичная картина наблюдается в глинах Русской платформы, в которых от древнего палеозоя к кайнозою наблюдается постепенное уменьшение содержания калия и заметное увеличение натрия. На фоне общего роста для натрия и падения содержания для калия имеются отдельные пики минимумов и максимумов, приходящиеся на определенные периоды (рис.5).

 

Рис. 5 Изменение во времени содержания калия и натрия в глинистых породах Русской платформы (по Виноградову и Ронову).

Такая закономерность обусловлена изменением минералогии глинистых пород: в отложениях докембрия и нижнего палеозоя преобладают гидрослюдистые глины, верхнего палеозоя-гидрослюдистые и каолинитовые, начала мезозоя-гидрослюдистые и каолинитовые с существенным содержанием монтмориллонита. В отложениях конца мезозоя и кайнозоя наряду с каолинитовыми и гидрослюдистыми глинами широко развиты монтмориллонитовые глины.  

3. Эволюция каустобиолитов

Содержание органического вещества в осадочных породах изменяется на протяжении истории Земли. На заре геологической истории, когда жизнь на Земле только зарождалась (возраст самых древних органических остатков определен в 3,7 млрд. лет), осадки практически не содержали органического вещества. В последующем количество органического углерода изменялось несколько необычно (рис. 6).

Рис. 6 Содержания органического углерода в геологическом времени (по Т. Шопфу).

А—древние глинистые отложения, соответствующие отложениям современных континентальных склонов;

Б — древние глинистые сланцы. соответствующие отложениям современных дельт.

Т. Шопф объясняет высокое содержание Copr в породах архея (возраст старше 2,6 млрд. лет) высокой степенью сохранности органического вещества в восстановительной обстановке. Значительное снижение органического вещества в нижнем протерозое не является признаком упадка органического мира. Вероятно это знаменует начало формирования атмосферы и гидросферы содержащих кислород, окисляющее действие которого резко снизило долю сохранившегося (но не продуцируемого!) органического вещества. Последующее увеличение Copr в породах (при повышении доли разложившегося органического вещества вследствие увеличения содержания кислорода) свидетельствует о том, что продуктивность органического мира устойчиво возрастает от протерозоя до настоящего времени.

Необходимо отметить, что первоначально в осадках накапливался планктонногенный органический материал, за счет которого сформировались первые протерозойские горючие сланцы. С развитием придонных организмов их отмершая органическая часть вместе с планктоном играет все возрастающую роль в формировании осадков и повышении доли горючих сланцев в геологических разрезах. В палеозойскую эпоху, когда растительность стала интенсивно развиваться и на суше, создались условия для формирования осадка, почти полностью состоящего из органического вещества. Подобные осадки стали накапливаться и в прибрежно-морских заболоченных участках. Количественные изменения соотношений органической и минеральной частей в пользу первой привели к качественным — наряду с горючими сланцами стали образовываться лигнины, бурые угли, которые на стадии катагенеза преобразовались в каменные, а затем в антрациты [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Эволюция некоторых типов и формаций осадочных пород

Эволюция кремнистых пород. История кремнистых отложений рассмотрена Н. М. Страховым и Г. А. Колядой (1952—1960).

Для докембрия отмечается развитие джеспиллитовой формации, отложение кремнезема, вероятно, происходило хемогенным путем. Для палеозоя и части мезозоя (до мела) характерно преобладание яшмовой формации, отложение кремнезема происходило хемогенным и биогенным путем. От мела и до ныне выделяется третий этап в развитии кремнистых отложений такое распространение приобретает опоковая формация, отложение кремнезема происходило главным образом биогенным путем (развитие диатомей).

Мощные молассовые формации появились только в рифейское время и свидетельствуют о мощных горообразовательных процессах, проходивших в соседних территориях. Причем, мощность молассовых отложений и размеры валунов в грубообломочных фациях увеличиваются с приближением к неоген-четвертичному орогенному этапу. В разрезах щитов и древних платформ протерозойские конгломераты образуют незначительные по мощности пачки, невыдержанные по простиранию, имеют ономиктовый, либо олигомиктовый состав, сформировавшиеся как базальные слои в основании трансгрессивных серий морских осадков. К ним относятся золотоносные конгломераты Бразилии и других районов.

Эволюция флишевых формаций проявляется в составе обломочного материала. Так, например, в древних (рифейских) флишевых толщах в песчаных прослоях преобладают кварц, полевые шпаты, дистен, силлиманит, рутил, турмалин, а в карбоновом флише западного склона Урала преобладает обломочный материал вулканогенного происхождения.

Эволюция песчаных формаций миогеосинклиналей заключается в формировании мономиктовых кварцевых песчаников в рифее, а в палеозойских и мезозойских миогеосинклиналях образуются полимиктовые песчаные формации, за счет размыва местных внутригеосинклинальных поднятий, сложенных вулканогенными породами [6].

Эволюцию, подобную рассмотренным, можно проследить и у других типов пород. Предложен ряд схем эволюции осадочного процесса в целом (Н. М. Страхов, А. Б. Ронов и др.). Однако все они, как показали открытия последних лет, имеют целый ряд неточностей и неоправданных приближений. Одна из таких схем (рис. 7) приводится ниже.

Рис. 7 Схема эволюции осадочных пород (по А. Б. Ронову)

Она дает наглядное, хотя и не во всем точное представление об эволюции главнейших типов осадочных пород. Из этой схемы видны этапы их развития, расцвета, деградации и исчезновения. В целом же в процессе формирования осадочной оболочки нашей планеты происходит постепенное расширение комплекса пород, усложнение литологического состава и строения осадочных толщ [2].

 

 

Заключение

На примере каустобиолитовых, кремнистых, карбонатных, глинистых отложений, а также железных руд и других осадочных горных пород ясно видно, что существует определенная эволюция процесса осадконакопления во времени. От древнейших периодов истории Земли к современному наблюдается уменьшение значения хемогенного осадконакопления и увеличение значения биогенной седиментации. Среди биогенных пород наблюдается изменение состава в связи с эволюцией фауны и флоры, вместе с тем происходит возрастание общего объема осадочных пород и повышение роли продуктов их разрушения в образовании новых осадков и осадочных пород.

К сожалению, в рамках курсовой работы не представляется возможным осветить все стороны темы: «эволюция осадочного процесса». Однако, основные аспекты данной темы показаны, так как решены задачи, обозначенные во введении. Дано понятия эволюции осадочного процесса, показан общий ход литогенеза, а вместе с эволюцией внешних геосфер земли, на протяжении всего геологического времени, изучена эволюция главнейших типов осадочных пород. А как следствие, цели, поставленные перед данной курсовой работой можно считать достигнутыми.

В рамках курса литологии, углубленные знания, на тему эволюции осадконакопления, помогают глубже понять теоретический материал дисциплины, а также представить общую модель процесса осадконакопления и эволюцию осадочного процесса в целом.

 

 

 

 

 

Список литературы

1.   Вассоевич Н. Б., Ещё о терминах для обозначения стадий и этапов литогенеза, «Тр. Всесоюзного нефтяного научно-исследовательского геологоразведочного института», 1962, в. 190

2.     Логвиненко Н.В. Петрография осадочных пород. М: Высшая Школа, 1967 с. 416

3.    Прошляков Б. К., Кузнецов В. Г. Литология: Учеб. для вузов.— M.: Недра, 1991.— 444 с.

4.    Страхов Н.М. Типы  литогенеза и их эволюция в  истории Земли. М., 1963

5.   Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника  с основами геодинамики. М: Изд-во МГУ, 1995 г. 480 с.

6.     http://files.lib.sfu-kras.ru/ebibl/umkd/82/u_lectures.pdf