Современные представления о строении и составе Земли, ее образовании и возрасте

Весьма большим распространением пользуются в Мировом океане осадки, происхождение которых зависит от климатического фактора. В приантарктической и частично в северной полярной областях накапливаются айсберговые (ледовые) осадки, а в экваториальной части в местах впадения крупнейших речных систем мира происходит накопление своеобразных тонких глинистых осадков, которые иногда именуются лавинными.

Айсберговые (ледовые) осадки. Такие осадки особенно широко развиты в приантарктической и северной полярной частях Мирового океана. Ледники Антарктиды в процессе своего перемещения производят интенсивную экзарацию и захватывают в придонной части, а в случае выводных ледников и в боковых частях долины различный по составу и размерности обломочный материал. Он выносится шельфовыми ледниками и айсбергами на некоторое, иногда весьма значительное расстояние от континента. При постепенном перемещении и таянии айсбергов обломочный материал, захваченный ледниками, опускается на дно. Характерной особенностью этих осадков является широкое распространение среди тонких глубоководных осадков толщ валунно-щебеночного и дресвяного, песчано-щебеночного и песчано-алевритового материала с включениями валунов и щебня. Такие осадки еще называют акваморенами, так как они обладают определенным сходством с моренными, но в отличие от них накопились на морском или океанском дне, причем иногда на значительном удалении от берега. Айсберговые (ледовые) осадки окаймляют берега Антарктиды почти сплошным шлейфом шириной от 300 до 1200 км при средней ширине 500 – 700 км. Они распространяются не только в пределах глубокой части шельфа, но и континентального склона, а также у его подножия в абиссальной части океана. Здесь в приантарктической части по наличию акваморенных отложений особенно хорошо прослеживается направление движения айсбергов. Только в пределах 60 – 65° ю.ш. акваморенные отложения сменяются кремнистыми диатомовыми илами. Современные акваморенные отложения с юга окаймляют Гренландию.

Ледовые осадки северной арктической зоны существенно отличаются от аналогичных по происхождению отложений вокруг Антарктиды. Грубообломочный материал ледового разноса в северной зоне характеризуется определенной формой, наличием хорошо окатанных и отполированных галек и в этом случае они очень похожи на гальку пляжей. Предполагается, что грубообломочный материал ледники арктических островов захватывали с морских пляжей, галечных берегов и отмелей. По данным океанологов, в Беринговом море и в морях Северного Ледовитого океана широко распространены акваморенные песчано-алевритовые осадки.

Лавинные осадки экваториальной зоны. Эти осадки существенным образом отличаются от айсберговых. Отличие состоит в том, что мощность их весьма велика и они характеризуются присутствием большого количества глинистого материала и накапливаются с весьма высокой скоростью. Для водосборной площади экваториальной области характерно наличие мощных кор выветривания, в которых преобладают каолинитовый и латеритный материал. Это вызвано тем, что реки, дренирующие эти регионы, покрытые мощными корами выветривания с полным профилем, в огромных масштабах выносят в океан преимущественно пелитовый материал. Такой материал выносят реки Амазонка, Ориноко, Ганг, Брахмапутра, Нигер, Инд и др. В пределах дельтовой, в том числе и авандельтовой, части накапливаются тонкие пелитовые осадки большой мощности, не встречаемые на шельфе умеренных и субтропических областей.

Органогенные (биогенные) осадки. Они широко распространены в различных зонах Мирового океана, начиная с шельфа и кончая абиссальными глубинами. Глубина океанов и их гидродинамика, а также климатическая зональность определяют развитие той или иной биогенной продукции. Большое значение имеет состав органического мира, ведь органогенные осадки состоят из раковин отмерших организмов. Разнообразные животные и водоросли в процессе жизнедеятельности извлекают различные химические соединения, которые идут на построение скелета. В основном это СаС03, Si02 и в меньшей степени Р205. Для шельфовых областей большое значение имеют организмы, строящие скелеты и панцири из карбонатов, – это моллюски, иглокожие, мшанки, кораллы, бентосные фо-раминиферы, водоросли и др. Шельфовые органогенные карбонатные осадки представлены ракушечниками (ракушняками), органогенными известняками и мергелями, коралловыми рифами и продуктами их разрушения.

Ракушечники (ракушники) представляют собой скопления целых или раздробленных раковин моллюсков и других организмов с твердым карбонатным скелетом. Их гранулометрический состав зависит от размеров раковин и степени их сохранности. Наибольшее развитие карбонатные ракушечные осадки имеют в пределах шельфа аридных, экваториальных и тропических областей. Этому способствует малое поступление терригенного материала, достаточно высокая температура морской воды и низкий гидродинамический режим, которые обеспечивают сохранность известковых раковин. В относительно прохладных водах океана ракушечники встречаются в виде отдельных небольших пятен и только в том месте, где существует наибольшая биомасса моллюсков.

Важное значение имеют коралловые рифы. Они образуются за счет жизнедеятельности кораллов и водорослей. Фактически это кораллово-водорослевые рифы, в биоценоз которых входят также различные моллюски, мшанки, иглокожие, фораминиферы и другие организмы, извлекающие из воды известь. Роль организмов, участвующих в построении рифа, различна. На первом месте стоят известковые водоросли (30 – 50 %), на втором – колониальные кораллы (10-30 %), на третьем – различные моллюски (10 – 20 %) и на четвертом месте – фораминиферы (1 – 10 %).

Современные коралловые рифы распространены исключительно в тропических и экваториальных водах, реже они встречаются в субтропических водах Тихого и Индийского океанов и в Карибском море Атлантического океана. Критическими температурами, при которых кораллы не развиваются, являются, с одной стороны, 18 - 19 ºС, а с другой – 34 - 35 °С. Наиболее благоприятные условия для развития кораллового биоценоза наблюдаются в водах со среднегодовой температурой 22 - 25 °С. Другим лимитирующим фактором выступает глубина и прозрачность воды. Колониальные кораллы и существующие совместно с ними в биоценозе организмы развиваются в прозрачных и чистых водах. Нижний предел глубины рифообразующих организмов составляет 50-70 м. Максимальная биомасса участвующих в рифовом биоценозе организмов сосредоточена на глубинах от 10 до 15 м, т. е. в приповерхностных частях Мирового океана. Особенно это касается водорослей, для фотосинтеза которых требуется много солнечного света. Для развития колониальных кораллов, а следовательно, и коралловых рифов требуются воды, насыщенные кислородом и известью, и нормальная или близкая к нормальной соленость морской воды (32-38%). Таким образом, в распределении коралловых рифов наблюдается четкая приуроченность к определенным климатическим зонам и глубинам.

Выделяют несколько типов коралловых рифов:

1. Береговые, или окаймляющие, рифы, которые образуются у берега и часто соединяются с материками или островами. Располагаясь вдоль берега, они достигают ширины в сотни метров.

2.  Барьерные рифы протягиваются вдоль берега, но развиваются на некотором отдалении от него. Участки между сушей (пляжем) и рифом заняты лагунами. Рифы непрерывно растут и достигают в длину нескольких сотен метров10.

Рис. 12. Разрез, показывающий отношение Большого Барьерного рифа

к Квинслендскому рифу (по Д. А. Стифсу): 1 – рифы; 2 – осадки лагун и протоков

Самым грандиозным коралловым сооружением подобного типа является Большой Барьерный риф, протянувшийся вдоль северо-восточного берега Австралии свыше 2000 км при средней ширине около 150 км и мощности (по данным бурения) 150 м. Огромная лагуна, отделяющая барьерный риф от берега, составляет в ширину от 10-40 км на севере до 150-180 км на юге и глубину от 20 до 50 м, местами 70 м. В пределах лагуны располагаются внутренние мелкие барьерные рифы (рис. 12). Большинство барьерных рифов в тропическом поясе Тихого океана полностью или частично окаймлены барьерными рифами.

3. Атоллы (от малайск. «атол» – замкнутый) – это кольцеобразные коралловые рифы, имеющие наибольшее распространение в Тихом и Индийском океанах (рис. 13). По результатам исследований Ч.Дарвина в XIX в., которые полностью и многократно были подтверждены последующими исследованиями, большинство атоллов можно считать разновидностью кольцевых барьерных рифов, в которых острова в результате медленных вертикальных движений опустились и на их месте возникли лагуны, соединяющиеся с морем мелководными проливами и узкими каналами. В лагунах атоллов и в прилегающих частях океана происходит накопление карбонатных осадков, представляющих собой обломки и тонкий детрит (от лат. «детритус» – истертый) различных карбонатных организмов — скелетов водорослей и моллюсков. Местами в качестве примеси встречается вулканический пепел и терригенный материал.

В начальной стадии образуется береговой риф, например вокруг вулканического острова. Медленное опускание острова и одновременный рост рифа превращают его из берегового в барьерный. Между островом и рифом возникает лагуна. Ее ширина составляет от сотен метров до нескольких километров. При дальнейшем опускании остров скрывается под водой и появляется атолл. Часть Большого Барьерного рифа у берегов Австралии образовалась в краевой части опустившегося блока земной коры.

Рис. 12. Образование атолла по мере погружения острова (по Ч.Дарвину)

Рифы и рифоподобные органогенные постройки известны и в ископаемом состоянии. Это крупные биогермные массивы, возвышающиеся среди различных по возрасту напластований горных пород. Вследствие пористости рифовые известняки являются вместилищами скоплений нефти и газа. Таковыми являются протяженные рифовые массивы в Предуралье, Волго-Уральской области и в Узбекистане.

Планктоногенные осадки. Наибольшим распространением пользуются планктоногенные карбонатные осадки. В Тихом океане они занимают 36 % площади, в Индийском – 54 % и в Атлантическом – 68 %. По преобладанию скелетных образований, захороненных в карбонатных планктоногенных осадках, они подразделяются на фораминифёровые, кокколитофоридовые и птероподовые.

Фораминиферовые осадки. Они состоят из раковин простейших одноклеточных организмов – фораминифер с известковым скелетом или их детрита. Размеры раковин составляют от 50 до 1000 мкм. Эти фораминиферы парят в толще океанских вод на глубинах 50-1200 м. После отмирания скелеты фораминифер медленно опускаются на дно, образуя различные по гранулометрическому составу осадки. Это главным образом песчано-алевритовые или алевропелитовые карбонатные осадки, в которых количество СаС03 колеблется от 30 до 99 %. При хорошей сохранности раковины фораминифер образуются преимущественно песчаные осадки, а на больших глубинах, близких к критическим, когда начинают растворяться карбонаты, накапливаются алевропелитовые и пелитовые илы. Они распространены на глубинах от 3000 до 4700 м. Ниже, в холодных недонасыщенных СаС03 водах океана карбонатные скелеты фораминифер растворяются и сменяются кремнистыми или полигенными осадками. Для карбонатного осадконакопления глубины 4500 – 4700 м являются критическими.

Кокколитофоридовые осадки. Эти осадки образуются за счет скопления пластинок известковых водорослей кокколитофорид, обладающих микроскопическими размерами – от 5 до 50 мкм. В большинстве случаев образуются смешанные кокколитофоридово-фораминиферовые осадки с различным соотношением этих организмов.

Птероподовые осадки. Они состоят из остатков пелагических планктонных моллюсков – птеропод, обитающих в теплых тропических и мелководных хорошо прогретых водах океанов, в Средиземном и Красном морях до глубин первых сотен метров. Раковины птеропод состоят из арагонита (иной кристаллической разновидности карбоната кальция, чем кальцит). Вследствие своей легкой растворимости птероподовые осадки встречаются значительно реже, чем все вышеперечисленные на глубине не более 2200 м, в основном это смешанные птероподово-фораминиферовые осадки.

Диатомовые осадки. Кроме карбонатных планктонных осадков в Мировом океане распространены кремнистые. Они встречаются в прохладных и холодных водах океанов и на глубинах, превышающих глубину карбонатной компенсации. Все они состоят из остатков кремнистых раковин диатомей и радиолярий.

Диатомовые осадки образуются в результате накопления кремнистых панцирей диатомовых водорослей (диатомей), имеющих наибольшее развитие в холодных водах приполярных областей. Диатомовые осадки образуют непрерывный пояс вокруг Антарктиды шириной от 300 до 1200 км. В этом поясе отмечается и наибольшее содержание кремнезема, достигающее 70 %. Небольшие размеры диатомей и их раздробленные скелеты определяют гранулометрический состав осадков. Это обычно алевропелитовые и пелитовые илы. В северном полушарии эти осадки не образуют сплошного пояса, а выражены в виде отдельных пятен в северной части Тихого океана, причем около 50 % кремнезема находится в Охотском море.

Радиоляриевые осадки состоят из простейших планктонных организмов – радиолярий, скелетные образования которых построены из кремнезема. Иногда вместе с радиоляриями особенно в пограничных районах теплого и холодного климатов встречаются радиолярие-водиатомовые осадки. В большинстве своем это слабокремнистые образования, в которых содержание аморфного кремнезема редко превышает 30 %. Они образуют отдельные ареалы в зоне экваториальной дивергенции в Индийском и Тихом океанах, характеризующиеся высокими биомассами кремнистого фито- и зоопланктона.

По гранулометрическому составу в зависимости от размера и степени сохранности скелетов радиолярий и диатомей различаются алевропелитовые и пелитовые разновидности. Радиоляриевые и радиоляриево-диатомовые осадки встречаются на дне котловин ниже критических глубин карбонатного накопления. В самых глубоких местах, на батиальных и абиссальных глубинах органогенные кремнистые осадки чередуются с красными глубоководными глинами11.

Полигенные осадки. К ним относится «красная» глубоководная глина, обладающая разными оттенками красного и коричневого цветов. Она распространена на абиссальных глубинах. В Тихом океане она занимает около 50 %, в Атлантическом и Индийском – около 35 % площади дна. Содержание в ней пелитовой фракции достигает 98 %. Ввиду того что красная глубоководная глина распространена ниже критических глубин карбонатного осадконакопления, содержание в ней СаС03 обычно ниже 3 %. Она состоит из нерастворимого остатка органогенных карбонатных осадков, вулканогенного пеплового материала, тонкодисперсных частиц терригенного материала, приносимого реками, и пылеватых частиц эолового происхождения, метеоритной пыли и биогенного материала – зубов акул, слуховых косточек китов и др. Скорость осаждения пелитовых частиц красной глубоководной глины очень мала и составляет около 1 мм за 1000 лет.

Хемогенные (химические) осадки. Они распространены как в пределах шельфа, так и в глубинах Мирового океана. Среди хемоген-ных осадков наибольшее распространение имеют карбонаты, затем гипсы и ангидриты, каменная и калийная соли.