Глубоководные осадки

Далее мы рассмотрим осадочный материал, покрывающий обширное пространство океанического дна, и зададимся следующими вопросами. Какова мощность осадков, залегающих на дне океанических бассейнов? С какой скоростью они накапливаются? Относятся ли осадки повсюду к одному и тому же типу, т. е. позволяют ли различия в типах вещества, составляющего осадки, определять, какие биологические и геохимические процессы происходят в самом океане? И каковы зависимости между материалом дна бассейнов и процессами, происходящими в прибрежной зоне?

Мощность океанических осадков.На рис. 5.10 показано, как изменяется от места к месту мощность осадков, перекрывающих океаническую кору.

Сплошными линиями изображены срединно-океанические хребты — центры разрастания новой океанической коры. Если посмотреть на распределение осадков в связи с расположением центров спрединга, тотчас же вырисовывается довольно интересная картина. Прежде чем проанализировать ее детали, укажем принятые интервалы мощностей: заштрихованные площади соответствуют мощности осадков до 100 м, закрашенные черным площади — мощности более 1000 м, а незакрашенные участки между ними следует понимать как области, в которых мощность осадков заключена между этими экстремальными значениями.

Мощность осадков, связанных с хребтами. На океанических хребтах слои осадков, несомненно, повсюду самые маломощные. Конечно, этого следовало ожидать, поскольку хребты — наиболее молодые участки океанического дна. Осадки, которые связаны с хребтами (рис. 5.11), относятся главным образом к типу известковых илов.

И, как было показано ранее (см. 4.1 и 4.6), зоны хребтов представляют собой относительно мелководные участки океанических бассейнов, так как возвышаются на 2000 м над уровнем соседних абиссальных равнин. Общий вывод состоит в том, что в мелководных частях океанических бассейнов преобладают известковые илы. В дальнейшем мы рассмотрим эту корреляцию подробнее.

Размещение самых мощных осадков. На рис. 5.10 черным цветом показаны осадки, мощность которых превышает 1000 м. Мы сразу же приходим к поразительному выводу: оказывается, самые мощные осадки развиты вблизи континентов. В частности, они встречаются чуть мористее перегиба континентального склона. Чтобы проверить это, читатель может попытаться «наложить» зоны, закрашенные черным на рис. 5.10, на рис. 5.5, где показано распределение шельфов на земном шаре.



Эта корреляция позволяет вывести по крайней мере четыре следствия. Во-первых, из аргументов тектоники плит мы знаем, что океаническая кора остывает и опускается с удалением от хребта, в зоне которого происходит спрединг; в результате осадки стремятся перемещаться по направлению к наиболее глубокой части бассейна. Во-вторых, к этим закрашенным черным цветом площадям относится большинство зон континентального подножия; обратясь к рис. 5.2, мы увидим, что они представляют собой зоны конечного отложения терригенного материала. В-третьих, наибольшие площади мощные толщи осадков занимают в Атлантическом океане, почти целиком окруженном пассивными окраинами и хорошо развитыми континентальными подножиями. В противоположность этому осадки Тихоокеанского бассейна, почти со всех сторон окруженного континентальными окраинами, в которых происходит субдукция, не занимают таких больших площадей и не достигают таких мощностей. В-четвертых, существует прямая корреляция между закрашенными черным цветом зонами развития мощных осадочных отложений и крупнейшими реками мира. В Атлантику поступает осадочный материал из огромного водосборного бассейна через Амазонку, Ориноко, Конго, Нил, Миссисипи и всех крупных рек Арктического бассейна. Кроме того, наблюдается прямая корреляция зачерненных зон к западу от Индии — с рекой Инд, а к востоку — с реками Ганг и Брахмапутра, несущими самый большой в мире груз осадков (данные о реках см. в табл. 18.1).

Типы океанических осадков.На рис. 5.12 в обобщенном виде представлены главные источники осадков и способы их переноса и отложения.

Главным источником материала служат минеральные продукты эрозии ядра континентов или древних осадочных пород, пепловые обломки, извергавшиеся из вулканов, и горячие растворы гидротермальных источников, развитых вдоль подводных хребтов. Они проходят через морскую воду либо во взвешенном, либо в растворенном состоянии.

Осадки, образующиеся из взвешенных частиц.Весь отложившийся на континентальных окраинах материал явно переносился в виде твердой фазы, но литогенный материал мы находим и на абиссальных равнинах, вдали от любых мест, где возможно отложение осадков турбидными потоками. Это отложения «красных» глин, которые впервые были обнаружены в образцах, полученных с большой глубины во время экспедиции корабля «Челленджер». Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, как этот материал накапливается в глубокой части бассейнов, но значительная его доля поступает с континентов в виде пыли, которая переносится ветром далеко в море.

Картина распределения красных глин (рис. 5.11) имеет две характерные особенности: 1) эти глины встречаются в умеренных широтах, что, возможно, связано с зонами преобладания западных ветров, и 2) в Тихом океане они покрывают центральные части главных круговых течений, где мощность осадков невелика. Скорость отложения красных глин, как видно из табл. 5.1, ниже, чем других типов осадков.

Еще один процесс, который выносит терригенный материал в море, — это перенос горных пород или других обломков айсбергами. Айсберги представляют собой куски материковых ледников, оторвавшиеся после того, как материковый ледник сполз с берега. На моем столе лежит образен породы, который я взял с Ледового острова Т-3, когда он дрейфовал в 300 км от Северного полюса, т. е. в центре Северного Ледовитого океана.

Осадки, выпавшие из раствора под воздействием растительных и животных организмов. То, что основная масса глубоководных отложений имеет биогенное происхождение, было установлено вскоре после анализа образцов, полученных экспедицией «Челленджера». В скелетном веществе морских растений и животных образуются три твердых компонента осадочных отложений: карбонат кальция в форме кальцита или арагонита, аморфный, или опаловый, кремнезем и фосфат кальция, например апатит.

1. Кальцит. Организмы, способствующие осаждению кальцита, — это моллюски, некоторые водоросли, губки и иглокожие, например морские звезды, но больше всего кальцита, несомненно, накапливают члены группы фораминифер. Это мелкие зоопланктонные организмы пелагической провинции. В более теплых водах преобладают растительноядные (фактически всеядные) формы; на схеме их распространения (рис. 5.11) отчетливо видна приуроченность этих организмов к умеренным и тропическим широтам. (Схематическое изображение одного из видов фораминифер см. на рис. 15.6). Некоторые семейства растений тоже связывают кальцит; кокколитофоры (см. рис. 15.5) способствовали осаждению достаточного количества кальцита для формирования знаменитых Меловых утесов Дувра в Англии.

В распределении известковых осадков есть и другая характерная особенность. Эти осадки занимают более мелководные части бассейнов, особенно области на хребтах. Некоторые геологи описывают известковые илы как «снег, покрывающий горы глубокого океана» [1]. Скорость их накопления (например, 35—60 мм за тысячу лет — табл. 5.1) намного превышает скорость накопления осадков любого другого типа в открытом океане, поэтому они и являются доминирующими.

Однако если известковый материал откладывается так быстро, почему он не преобладает на всем океаническом дне? Прежде всего потому, что на больших глубинах кальцит растворяется и, следовательно, не накапливается в осадке. Вопросы, связанные с растворением кальцита на глубине, занимают геохимиков в течение целого столетия; ответы на них до сих пор ищут, и новые данные только усложняют проблему. Основная причина, почему абиссальные воды растворяют так много падающих на дно раковин, заключается в том, что живые организмы в поверхностных водах поглощают кальцит из верхних слоев воды гораздо быстрее, чем речной сток может его восполнить. В результате верхние слои воды оказываются сильно недосыщенными, а затем, когда океанские воды перемешиваются, недосыщенные воды в конце концов приходят в соприкосновение с кальцитом, накопившимся на глубине, и растворяют его.

2. Кремнезем. Кремнеземный цикл отличается от кальцитового. В эвфотической зоне силикат легко усваивается растениями, в частности диатомовыми водорослями, и простейшими животными, которые называются радиоляриями (см., например, рис. 15.6). На глубине кремнезем растворяется не так быстро и легко, как кальцит. В результате мы часто находим отложения кремнистых илов даже на больших глубинах. Существует четкая корреляция между зонами очень высокой продуктивности растений и зонами развития кремнистых осадков. Донные осадки в области апвеллинга должны содержать множество остатков панцирей диатомовых водорослей, какие мы встречаем, например, в Южном океане (рис. 5.11).

Там, где древние отложения кремнистого вещества оказались подняты выше уровня моря, их добывают с промышленными целями. Материал, называемый «диатомовой землей», или диатомитом (по диатомовым водорослям), находит множество применений. Поскольку панцири диатомей очень мелкие и одинаковые по размеру, диатомовая земля служит, например, прекрасным фильтром для городских систем водоснабжения. Возможно, самое замечательное применение этому материалу нашел Альфред Нобель, соединивший диатомит с нитроглицерином и получивший недетонирующее взрывчатое вещество, названное динамитом.

3. Фосфат кальцин. К отложениям фосфата кальция относятся такие предметы, как рыбьи зубы и слуховые косточки китов. Хотя эти предметы составляют лишь незначительную часть объема морских осадков, они, по-видимому, играют полезную роль, служа центрами, вокруг которых из раствора морской воды осаждаются другие вещества.

Осадки, выпадающие из раствора в результате химических процессов. Некоторые отложения, обнаруженные на дне океанов, образуются путем химического осаждения из морской воды; мы называем их гидрогенными осадками. К ним относится целый ряд веществ. Один из типов осадков, изучающийся уже более столетия, — так называемые маргангих химических элементов и встречаются в виде свободно залегающих твердых тел неправильной формы размером около 6 см (рис. 5.13).

В табл. 5.2 перечислено большое количество соединений (в основном металлов), которые осаждаются в виде характерных конкреций.

Главные компоненты — марганец и железо (конкреции называют теперь железомарганцевыми), второстепенные — алюминий, натрий и кальций. Конкреции имеют слоистую структуру, окислы металлов чередуются в них с глинистыми минералами.

Происхождение конкреций все еще изучается, но все согласны с тем, что скорость их роста чрезвычайно мала — всего несколько миллиметров за миллион лет! Иначе говоря, за сутки конкреция становится толще всего на несколько атомов. Эти отложения обнаружены во всех океанических бассейнах, но особенно много их в Тихом океане; подсчитано, что на 50% площади Тихоокеанского бассейна найдены не скрытые осадками конкреции. Разведка проводится с помощью фотосъемки (см., например, рис. 19.4).

Исследователей все время беспокоит один вопрос. Если скорость роста мала, как могут конкреции оставаться на поверхности дна? Хотя наибольшие скопления конкреций более или менее совпадают с той же самой (заштрихованной на рис. 5.10) площадью, где мощность осадков не превышает 100 м, развитые здесь глинистые осадки накапливаются гораздо быстрее, со скоростью 1—2 мм/тыс. лет. При такой скорости осадконакопления типичная конкреция должна быть погребена примерно за 60 000 лет! Возможно, конкрециям помогают сохраниться черви и другие роющие животные. Интересно отметить, что «Челленджер» обнаружил первые конкреции свыше 100 лет назад!

Недавно мы нашли корки железомарганцевых окислов на обширных пространствах, занятых подводными вулканами, и на плато Блейк у Атлантического побережья США. Для этого типа аккреции течения должны быть достаточно сильными, чтобы дочиста смывать с поверхности пород другие осадки, например известковые илы.

Фосфориты (состоящие в основном из апатита) тоже образуются в результате осаждения из раствора в виде желваков неправильной формы или в виде слоя, покрывающего морское дно. Обычно мы обнаруживаем эти отложения на мелководье с низким содержанием растворенного кислорода. Этой категории соответствуют области апвеллинга, поскольку высокая продуктивность органической жизни в них приводит и к высокому содержанию органики в осадке. Таким образом удовлетворяются два условия, необходимые для образования фосфоритов: сильный дефицит кислорода в разлагающихся органических соединениях и значительное поступление органических соединений фосфора, освобождающихся в ходе такого разложения.

Недавние открытия гидротермальных источников вдоль активных срединно-океанических хребтов добавили еще одну важную категорию гидрогенных осадков — сульфиды тяжелых металлов, которые накапливаются на поверхности дна вблизи гидротермальных источников. Перегретая морская вода, стремительно вытекающая из трещин в новой магматической коре, богата соединениями серы. По мере того как вода источников быстро охлаждается, смешиваясь с окружающей ее холодной морской водой, из раствора осаждается целый ряд сульфидов металлов. Сульфиды накапливаются вокруг в виде корок. Сейчас исследователи используют подводные аппараты, чтобы посетить такие места, отобрать образцы и попытаться оценить экономический потенциал этих отложений.

Наконец, существуют оолиты. Вероятно, каждый из вас когда-нибудь проводил дневные часы, нежась на оолитовом песке. Такие пески образуются в мелких теплых тропических волах в результате прямого осаждения карбоната кальция. Этот процесс происходит, когда насыщенная С02 вода быстро нагревается, так что нормальное извлечение карбоната кальция организмами, строящими раковины, идет медленнее, чем возникает пересыщение раствора. В результате вокруг каких-нибудь ядер (фекальных комочков или зерен кварца) осаждается карбонат кальция, образуя шарики, слагающие «белые песчаные» пляжи тропических островов.






Дата добавления: 2019-05-06; просмотров: 34;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети вверху.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - Знаток.Орг - 2017-2019 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.012 сек.