Геологическая деятельность морей и океанов

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

Контрольная работа

по «Общей геологии»

Геологическая деятельность морей и океанов

Исполнитель студент группы

Пальгова М.Н.

Аксай 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Разрушающая деятельность морей и океанов

2. Морские осадки, их происхождение и распределение на дне моря

2.1 Прибрежные осадки (осадки литоральной области)

2.2 Осадки шельфа (материковой области)

2.3 Осадки материкового склона (батиальной области)

2.4 Осадки океанического ложа (абиссальной области)

3. Диагенез морских осадков

4. Понятие о фациях

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Особенностью океаносферы является единство и взаимосвязь между отдельными частями - океанами и морями. Окраинные моря, будучи отделены от океанов только отдельными островами или подводными возвышенностями, характеризуются относительно свободным водообменом с океанами. Внутриконтинентальные моря, окруженные материковой сушей, имеют связь с океанами через относительно узкие проливы, что вызывает изменения в динамике, составе вод и в других.

Море, занимающее около 71 % земной поверхности, является могучим геологическим фактором, непрерывно работающим над изменением лика Земля. Как и остальные геологические факторы (ветер, лед, текучие воды) море производит разнообразную работу, заключающуюся в разрушении горных пород, переносе разрушенного материала, накоплении его и создании новых горных пород. Однако в противоположность суше, где главное значение имеют процессы денудации, в море процессы аккумуляции значительно преобладают над процессами разрушения и переноса. Это хорошо видно из противопоставления величины площади прибрежной полосы, где в основном осуществляется вся разрушительная работа моря, и колоссальным пространством океанического дна, являющегося ареной аккумуляции осадков.

Осадочные породы, слагающие самую верхнюю часть литосферы, на 90% представлены морскими отложениями. Отсюда понятно, как велика созидающая работа моря, и какое существеннейшее значение имеет она в развитии Земли.

На протяжении длительной истории развития земной коры моря и океаны не раз меняли свои границы. Почти вся поверхность современной суши неоднократно заливалась их водами. На дне морей и океанов накапливались мощные толщи осадков. Из этих осадков образовались различные осадочные горные породы. Средняя соленость морской воды составляет 3,5% (в 1 - м литре 35 грамм растворенных солей): NaCl - 78%; MgCl₂ - 9; CaSO₄ - 4; KCl ~ 2; CaCO₃ - 0,04; SiO₂ - 0,008%. В ничтожных количествах в морской воде - I, Br, Mn, Zn, Pb, Cu, Au, а также растворены газы СО₂ и О₂.

В данной курсовой работе я хочу рассмотреть разрушающую деятельность морей и океанов, дать определение таким понятиям как диагенез и фации, а также описать морские осадки, процесс происхождения и распределение их на дне моря.

Данные понятия изучались давно и многими авторами, к настоящему времени они практически полностью изучены. Человек старается применить результаты деятельности морей и океанов в своей жизни, или осуществить действия в противопоставлении геологической деятельности морей и океанов.

1. Разрушающая деятельность морей и океанов

Вся совокупность водных пространств океанов и морей, занимающих 361 млн. км, или 70,8% поверхности Земли, называется Мировым океаном или океаносферой. Мировой океан включает четыре океана: Тихий, Индийский, Атлантический, Северный Ледовитый, все окраинные (Берингово, Охотское, Японское и др.) и внутриконтинентальные моря (Средиземное, Черное, Балтийское и др.). Общий объем воды в 10 раз больше объема суши, возвышающейся над уровнем воды, которая составляет 1370 млн. км². Эта громадная масса воды находится в непрерывном движении и поэтому выполняет большую разрушительную и созидательную работу.

Разрушающая деятельность моря связана с движением воды, возникающим под воздействием ветра и приливно-отливных течений. Даже при слабом волнении у берегов плещутся волны, непрерывно подтачивающие и разрушающие прибрежные скалы. Во время сильных штормов на берег обрушиваются колоссальные массы воды, образующие всплески высотой в несколько десятков метров. Сила удара таких масс воды способна причинить серьезные разрушения берегу и находящимся на нем сооружениям и постройкам. Сила прибоя во время шторма выражается величинами порядка нескольких тонн на 1 квадратный метр. Разрушение берегов морем производится в результате: 1) гидравлического удара самой воды, 2) ударов обломками горных пород, захватываемых волнами, 3) химического действия воды [2].

В Черном море зарегистрированы удары волн силой в 2,8 т/мІ, на побережье Америки измерениями установлена сила прибоя во время шторма в 30 т/мІ.

Подобные волны разбивают самые крепкие и прочные породы и передвигают на значительное расстояние обломки скал весом во многие десятки и сотни тонн, вызывая изменения в очертаниях берегов. Так, например, в сильную бурю на Черном море в 1931 г. волнами была разрушена излюбленная туристами и фотографами скала «Монах», возвышавшаяся около берега в Симеизе рядом с другой скалой -- «Дивой». В том же году штормовыми волнами в Крыму (Симеиз и Кастрополь) были разрушены два каменных двухэтажных дома.

Не меньшее воздействие оказывают на берег повседневные заплески волн, наблюдаемые у берега даже при слабом волнении. В результате почти непрерывного действия волн в основании склона берега возникает так называемая волноприбойная ниша (Рис. 1), над которой образуется карниз из нависших над ней пород. При дальнейшем углублении ниши может произойти обвал пород карниза, потерявших устойчивость.

Рис. 1 Волноприбойная ниша

Иногда наблюдается откол от берега моря огромных массивов. Волнами подмывается высокий береговой уступ; от него откалываются пластины высотой в десятки метров и толщиной 10--15 м. Сначала эти пластины медленно сползают к морю, затем обрушиваются и распадаются на отдельные глыбы. Крупные глыбы и обломки пород остаются некоторое время у подножия склона, где набегающие волны полируют их, дробят и окатывают мелкие обломки до состояния гальки. Так у подножия склона формируется площадка, сложенная галькой, а скалистый берег как бы сбривается морем и отодвигается в глубь суши. Эта работа моря получила название абразии (лат. "абрадо" - сбриваю). Скорость отодвигания берега в результате абразии может достигать значительной величины. На побережье Франции местами (п-ов Медок) скорость разрушения берега достигает максимальной величины -- 15--35 м/год. На Черноморском побережье Кавказа в районе Сочи берег отступает под действием волн со скоростью до 4 м/год. Волны размыли уже часть Приморского парка и угрожают некоторым зданиям на берегу. Подобное же явление наблюдается в районе Сухуми. Ярким примером сбривания суши морем является о-в Гельголанд в Северном море. Меньше чем за тысячу лет его площадь уменьшилась с 900 кмІ до 1,5 кмІ. Абрадирование берега может идти неравномерно -- наряду с размытыми бухтами образуются мысы или отдельные скалы из более крепких пород. В результате обработки берега прибоем волн образуется подмытый ими крутой береговой обрыв, или абразионный уступ. Такой обрыв, созданный морем, ещё называется клиффом (нем. Kliff - обрыв). К его подножию примыкает выровненная, полого-наклонная площадка, или абразионная терраса, выступающая над водой, часть которой носит название пляжа. Морфология подмытого прибоем берегового обрыва, или абразионного уступа, зависит от состава и структуры слагающих его пород. При большой неоднородности пород в абразионном уступе под воздействием волн могут выработаться дополнительные ниши и выступы, и уступ приобретает неровную ступенчатую поверхность. Большое влияние на ход абразии оказывает характер залегания пород. Наклонное залегание слоев или способствует усилению абразии, или ослабляет ее. Если слои падают в сторону моря, то волны, набегая по плоскостям напластования, теряют свою живую силу и их абрадирующий эффект оказывается незначительным. Наиболее интенсивно проявляется абразия у берегов с падением слоев в сторону суши. При сложных дислокациях и сильной трещиноватости пород, слагающих берег, создаются благоприятные условия для выборочной абразии, приводящей к возникновению неровной изрезанной линии абразионного уступа с многочисленными небольшими бухточками, пещерами, подводными скалами и гротами. Многие детали морфологии поверхности формирующейся абразионной террасы тоже зависят от строения слагающих ее пород. Набегая на поверхность абразионной террасы и скатываясь с нее, вода образует в углублениях водовороты, приводящие во вращательное движение гальку и высверливающие цилиндрические или конические углубления, получившие название эверзионных котлов. Подобные образования правильно округлой формы в сечении можно наблюдать на восточном побережье Каспия, к югу от п-ова Мангышлак, у местечка Сауры. Их правильная форма обусловлена однородным строением слагающих абразионную террасу известняков-ракушечников, легко поддающихся сверлению. При таком же разрушении неоднородных по твердости пород возникают эверзионные образования с островерхими выступами и ячеистыми углублениями, напоминающие карровые поверхности. На рис. 2 показана схема различных стадий развития приглубого берега. Чем шире абразионно-аккумулятивные террасы, тем меньше энергия волн, подходящих к берегу, поскольку она расходуется на преодоление трения, на перемещение и переработку материала. К тому же между подводной абразионной террасой и клиффом возникает пляж, представляющий гряды или насыпи гальки, гравия, иногда песка, полого спускающиеся в сторону моря. Расширение пляжа способствует уменьшению абразионного воздействия на берег.

Рис. 2 Схема последовательных стадий отступания берега

Интенсивность абразии в значительной степени зависит от геологического строения и морфологии берегов. Наиболее интенсивно протекает абразия у крутых берегов, сложенных относительно мягкими породами. И, наоборот, там, где берег очень отлог, набегающая волна постепенно гасит свою энергию, не производя почти никакой разрушительной работы даже там, где побережье сложено рыхлыми песками или глинами. Масштабы абразии зависят и от силы прибоя: с увеличением размеров морского бассейна возрастает величина волн и сила прибоя. Процесс абразии морских берегов совершается главным образом под воздействием волн. Движение воды при приливах и отливах оказывает меньшее разрушающее действие, но значительно расширяет зону действия прибоя и способствует переносу осадков. В местах, где приливно-отливные течения достигают значительной скорости, они уносят весь мелкообломочный материал, оставляя на поверхности абразионной террасы только крупную гальку, или обнажают коренные породы, подставляя их действию волн. Однако абразия не может развиваться беспредельно, если уровень моря остается неизменным. Разрушение берега прибоем происходит только до некоторого предела, определяемого шириной выработанной прибоем абразионной террасы. При достаточной ширине террасы волны, набегая на нее, расходуют всю свою силу на преодоление трения и оказываются не в состоянии производить дальнейшую абразионную работу.

Там, где берега очень пологие и энергия набегающей волны гасится постепенно, не производя значительного размыва, абразионный уступ не возникает, и внутренняя граница пляжа приобретает совсем иной облик. Действие волн по переносу осадков не ограничивается их перемещением с суши вглубь моря. Волны намывают на пляж обломочный материал, поднятый со дна. При опрокидывании волны на пологий берег часть воды ее всасывается в песчаные отложения пляжа, а остальная масса воды, уже потерявшая значительную часть живой силы, стекает обратно в море. Часть галек и песка при этом остается на месте, образуя береговой вал. В строении вала участвуют не только галька и песок, но и различные предметы, приносимые к берегу волнами, как, например, обломки и целые стволы деревьев, обломки разбитых штормами судов, битая ракушка, водоросли, трупы и скелеты морских животных и др. Встречаются береговые валы значительной высоты -- 1,2, а иногда 5 м и более. Нередко на берегу наблюдается несколько береговых валов, образовавшихся в результате намыва волнами разной силы. Положение наиболее удаленного от моря берегового вала соответствует максимальному заплеску волн на берег. Ширина берегового вала зависит от направления набегающих волн. При перпендикулярном направлении волн по отношению к берегу намывание происходит наиболее интенсивно. Если волны идут параллельно более или менее прямолинейному берегу, то значительная часть материала перемещается вдоль берега. При сильно изрезанной береговой линии это приводит к тому, что с мысов, ограничивающих входы в заливы и бухты, галька и песок начинают выноситься в виде косы, постепенно перегораживающей вход в залив. Последняя затем превращается в сплошную пересыпь, отшнуровывающую бухту или залив от открытого моря. Так возникают полуизолированные от моря лагуны и озера. Примером подобных образований могут служить лагуны южного побережья Балтийского моря, по-немецки называемые «гаффами», Арабатская стрелка, отделяющая Сиваш от Азовского коря, пересыпь, отделяющая залив Кара-Богаз-Гол от Каспийского моря, и др.

Разрушению берегов способствует также морские приливы и отливы, морские течения (Гольфстрим). Морская вода переносит вещества в коллоидном, растворенном состоянии и в виде механических взвесей. Более грубый материал она волочит по дну. Различают 2 вида перемещения рыхлого материала: поперечное (перпендикулярно линии берега) и продольное (параллельно береговой линии). Поперечное перемещает рыхлый материал вследствие большей энергии волны идущей к берегу, чем уходящей от него. Естественная сортировка обломочного материала выглядит таким образом: крупнообломочный остается у берегов, а песчаный - на отдалении от них. Крупнообломочный материал может сформировать из валунов и гальки береговой вал. При продольном перемещении обломочного материала скорость зависит от угла подхода волн к берегу: максимум будет при 45°. По данным В.А. Обручева (1989 г.) в Крыму между Алуштой и Феодосией при волнении в 1 балл обломочный материал за сутки перемещается приблизительно на 6 м, при 4 - х баллах - 45 м, при 8 - ми баллах - 100 м.

Перенос ветровыми волнами придонного материала наблюдается до глубины 10 м. Приливы и отливы приводят в движение всю массу воды, поэтому обломочный материал не отлагается (пролив Ла-Манш). По данным О.К. Леонтьева (1982 г.), 10% от всей протяженности береговой линии Мирового океана приходится на берега, окаймленные барами. При подходе волн к берегу под некоторым углом возникает продольное перемещение наносов и образуются различные аккумулятивные формы, детально изученные В.П. Зенкевичем (1990 г.). Эти формы определяются углом подхода волн, их силой и контурами берега. Выделяются три аккумулятивные формы (Рис. 3): 1) косы, возникающие при изгибе берега от моря; 2) примкнувшая аккумулятивная терраса, образующаяся путем заполнения изгиба берега в сторону моря; 3) томболо, или перейма, нарастающая при блокировке участка берега островом с образованием "волновой тени" между берегом и островом.

Рис. 3 Схема образования некоторых аккумулятивных форм

2. МОРСКИЕ ОСАДКИ, ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НА ДНЕ МОРЯ

С удалением от береговой линии в море возрастает значение процессов отложения осадков. Эта сторона геологической деятельности моря наиболее важна, так как во все эпохи истории Земли море покрывало большую часть поверхности земного шара; поэтому среди осадочных горных пород наиболее распространены породы морского происхождения.

Материал, из которого слагаются морские отложения, образуется главным образом за счет сноса с суши. Он поступает в море в виде водных растворов или твердых частиц. Растворенный в воде материал переходит в осадок или химическим путем, выпадая из раствора, или через посредство живых организмов. Отложение твердых частиц, поступающих с суши, подчиняется одинаковым закономерностям независимо от их происхождения. По способу образования различают осадки: терригенные, образованные за счет сноса и переотложения обломочного материала, возникающего на суше при разрушении горных пород, или за счет вулканических выбросов; органогенные, происшедшие за счет скопления на дне моря остатков организмов или при участии жизнедеятельности последних; химические [1], осаждающиеся химическим путем из морской воды. Физико-географическая обстановка осадконакопления зависит от географического положения бассейна, от глубины, удаленности от берега, рельефа дна, температуры воды, прозрачности, солености, т. е. определяется вертикальной и горизонтальной зональностью Мирового океана.

Соотношение осадков различного происхождения неодинаково для определенных зон моря. Терригенные осадки приурочены главным образом к неритовой зоне, однако спускаются и в батиальную. Вблизи берегов они представлены крупнообломочными осадками: галечником, гравием, крупнозернистыми песками, которые по мере удаления от берега сменяются все более тонкозернистыми осадками. В батиальной зоне терригенные осадки представлены исключительно илами. Однако в неритовой зоне всегда в механических осадках в том или другом количестве присутствует примесь материала органического происхождения в виде минеральных скелетов отмерших организмов или органического вещества. Органогенные осадки в чистом виде наиболее характерны для открытых частей моря, для участков дна, удаленных от берега. В отдельных случаях они могут накапливаться на мелководье и даже непосредственно у берега. Такими прибрежными органогенными осадками являются известняки-ракушечники, коралловые известняки (рифы). Химические осадки в виде самосадочных солей наиболее характерны для прибрежных участков моря, где они возникают в лагунах, но некоторые из них образуются и в открытых частях моря (фосфориты, глауконит) и даже в морских пучинах (пирит, марганцевые стяжения). Таким образом, в разных зонах на дне может наблюдаться смешение осадков, различных по способу образования.

2.1 ПРИБРЕЖНЫЕ ОСАДКИ (ОСАДКИ ЛИТОРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ)

Осадки, образующиеся в литорали (прибрежной полосе, затопляемой при приливе и освобождаемой от воды при отливе) отличаются большим разнообразием. Состав и строение их сильно меняются в зависимости от морфологии берегов и характера слагающих их пород. У обрывистых скальных берегов, сложенных крепкими породами, накапливаются крупные глыбы, отчленяемые от берега в результате абразии. Поверхность этих глыб, сглаженная морским прибоем, часто бывает источена сверлящими моллюсками, укрывающимися от действия прибоя в каменных норках, или покрыта раковинами брюхоногих моллюсков -- пателл и усоногих рачков -- балянусов (морских желудей), которые прочно присасываются к скалам и не страшатся силы прибоя. На абразионных террасах, образующихся у крутых берегов, накапливается галечник, состоящий из хорошо скатанной гальки. Форма гальки зависит от текстуры пород, из которых она образуется. Породы массивной текстуры окатываются в виде яйцевидной или шаровидной гальки, слоистые породы при окатывании дают плоскую гальку. При размыве берегов, сложенных рыхлыми породами, на пляже накапливается песок или гравий. На участках побережья Черного моря около Одессы пляж покрыт тонко измельченной битой ракушкой, образующейся в результате разрушения слагающих берег известняков-ракушечников. У отлогих берегов происходит накопление тонкозернистого песчаного или илистого материала. Поверхность песчаных пляжей часто бывает покрыта знаками ряби, или волноприбойными знаками, представляющими собой удлиненные изогнутые валикообразные возвышения с симметричными склонами и острым гребнем.

В илистых осадках хорошо запечатлеваются следы, оставляемые различными животными, проходящими по ним во время отлива, а при приливе они покрываются новым слоем осадка и таким образом захороняются. Благодаря этому на плоскостях напластований глинистых пород иногда можно обнаружить следы ископаемых животных, а также следы ползания моллюсков, червей и других беспозвоночных. Кроме терригенных осадков, играющих основную роль при образовании отложений в литорали, здесь могут накапливаться также органогенные и химические осадки. На заболоченных морских побережьях создаются благоприятные условия для, образования торфа. Особенно велико значение торфообразования в субтропических областях, где морские побережья на значительном протяжении представляют собой своеобразные болота с зарослями мангровой растительности. Во время прилива эти прибрежные болота заливаются водой, и над поверхностью воды возвышаются только зеленые кроны и воздушные корни мангров. Образующиеся осадки богаты органическим веществом и при определенных условиях могут превратиться в угли. Характерными признаками угольных залежей, образовавшихся в условиях прибрежно-морских болот, является их большая протяженность и выдержанная мощность. Угольные бассейны такого типа называют паралическими. Примером подобного бассейна является Донбасс.

Иногда в литоральной зоне происходит накопление органогенных известковых осадков -- скоплений битой ракуши, намываемой в виде берегового вала или же в виде осадков, образующихся на дне за счет отмирания сообществ различных организмов с известковым скелетом (моллюсков, мшанок, кораллов, известковых водорослей).

Химические осадки образуются в литорали сравнительно редко. Они встречаются в прибрежной полосе морей в области жаркого и сухого климата, в воде которых содержится значительное количество извести. При выпадении ее из воды происходит образование известкового осадка, характеризующегося оолитовым строением. Известковые оолиты образуются за счет отложения извести вокруг мелких песчинок, находящихся в воде во взвешенном состоянии и служащих центрами кристаллизации. Подобные оолитовые известковые осадки образуются в настоящее время вблизи берега Красного моря, у побережья Флориды, в юго-восточной части Каспия, у берега Аральского моря и в других местах. Известны они и в ископаемом состоянии в виде оолитовых известняков.

Наиболее благоприятными условиями для выпадения химических осадков являются заливы и лагуны, почти или полностью утратившие сообщение с открытым морем.

2.2 ОСАДКИ ШЕЛЬФА (МАТЕРИКОВОЙ ОТМЕЛИ)

Еще большим разнообразием отличаются осадки, образующиеся в области шельфа. Обломочный материал откладывается как у самого берега в волноприбойной полосе, так и вдали от него. Береговые валы сложены на крутых берегах крупнообломочным материалом, на пологих - среднеобломочным. Ширина - до 20 м, высота - 1,5 (на берегах океанов высота до 15 м). Нередко бывают 2 - 3 береговых вала.

При косом подходе волн обломочный материал накапливается у его изломов и выступов в виде мысов и кос. Мысы формируются у самого выступа, косы - сразу за ними (Длина косы Тендер в Черном море - 90 км).

Среди них известны осадки терригенные, органогенные и химические. На характер осадконакопления в этой области в основном оказывает влияние гидродинамический режим бассейна и рельеф дна, а также количественный и качественный состав донной фауны.

Терригенные осадки в области шельфа представлены песками или илами. Грубообломочный материал в составе шельфовых отложений встречается крайне редко и нетипичен для этой области. Распределение осадков на дне обычно подчиняется основной закономерности -- уменьшению крупности зерна по мере удаления от берега, но часто бывает гораздо более сложным в зависимости от рельефа дна и наличия донных течений. Переход от песков к илам совершается постепенно и осуществляется на различных глубинах. Так, в Черном море граница между областями отложения песков и илов проходит на глубине от 25 до 50 м, а в океанах спускается до 100 --150 м.

В прибрежной части шельфа на поверхности осадка также могут образовываться знаки ряби, так как при сильных волнениях волны проникают на глубину до 100 м и более. Поверхность осадка часто бывает испещрена ходами червей -- илоедов. Сохраняются на ней следы ползания моллюсков, морских ежей, плеченогих. Все эти признаки, если их удается обнаружить в ископаемом состоянии на поверхности напластования пород, служат надежным указанием на мелководные условия их образования.

Органогенные осадки образуются в основном благодаря отмиранию различных донных организмов, обладающих наружным скелетом из извести, кремнезема и в меньшей степени фосфорнокислого кальция. Наиболее распространены ракушечники, образующиеся за счет устричных банок и скоплений других моллюсков, и «коралловые» рифы, в строении которых, помимо кораллов, большое участие принимают многие другие прикрепленные морские беспозвоночные с известковым скелетом -- мшанки, черви-трубкожилы (серпулы), известковые водоросли, некоторые простейшие (фораминиферы) и др.

Среди морских животных кораллы являются одними из наиболее «капризных», так как требуют определенных условий существования-- высокой температуры воды (не ниже 20°), нормальной солености, чистоты воды и небольшой глубины. Поэтому в настоящее время коралловые рифы распространены исключительно в приэкваториальной полосе в области Тихого и Индийского океанов.

Современные коралловые рифы по своей морфологии разделяются на береговые, барьерные и атоллы.

Береговые рифы протягиваются вдоль берега, образуя как бы его подводное продолжение.

Барьерные рифы (Рис.4) располагаются на некотором удалении от берега, отделяясь от него лагуной, достигающей иногда ширины в несколько десятков километров. Пользующийся широкой известностью Большой барьерный риф протягивается вдоль восточного берега Австралии более чем на 2000 км -- от широты Южного тропика до самой северной точки Австралии -- мыса Йорк. В некоторых местах он отступает от берега материка на 50--100 км. Ширина лагуны более 100 км. Барьерные рифы окружают многочисленные острова в архипелагах Микронезии, Меланезии и Полинезии.

Рис.4 Разрез, показывающий отношение большого Барьерного рифа к Квинслендскому берегу (по Д.А. Стифсу)

Атоллы, представляющие собой кольцевые рифы (Рис. 5), внутри которых располагается неглубокая лагуна, не менее многочисленны.

Рис. 5 Образование атолла по мере погружения острова (по Ч. Дарвину)

Образование всех рифов связано с ростом колоний кораллов, который может происходить на глубинах, не превышающих 45--50 м. только до уровня отлива. Естественно, поэтому, что все рифы, возвышающиеся над уровнем отлива, являются постройками уже отмерших кораллов. Появление их над уровнем моря связано с местными поднятиями дна.

Большая мощность некоторых рифов, превышающая, по данным бурения, на рифе Бикини 700 м, а по геофизическим данным достигающая 2000--3000 м, свидетельствует о том, что рост рифа совершался при погружении морского дна. Погружениями объясняются также различия в морфологии современных коралловых рифов, т. е. образование из береговых рифов барьерных и атоллов.

Происходящее погружение компенсируется в полосе рифовых построек ростом кораллов, который особенно интенсивно происходит в наружной стороне рифа, где условия для питания и дыхания коралловых полипов наиболее благоприятны. Таким путем барьерные рифы образуются в начальной стадии погружения острова или побережья материка, а атоллы представляют собой кольцевые барьерные рифы, сохранившиеся вокруг полностью опустившегося острова, на месте которого возникла лагуна.

Процесс рифообразования, приводящий к созданию мощных толщ органогенных морских осадков, начался еще в отдаленном прошлом Земли, в протерозое (со времени появления в морях рифостроящих организмов) и продолжается в течение всей дальнейшей ее истории. Об этом свидетельствует присутствие среди отложений различного возраста рифовых известняков, называемых по слагающим их организмам -- водорослевыми, археоциатовыми, строматопоровыми, коралловыми, мшанковыми и т. д.

Несмотря на то, что по общей своей массе органогенные породы шельфа составляют ничтожную часть (менее 5%) среди остальных осадочных пород, значение их для геолога очень велико. Подавляющая часть ископаемых, изучение которых позволило восстановить эволюцию органического мира на Земле, получена палеонтологами из этих пород.

Тщательное изучение их помогает раскрывать также особенности среды накопления осадков в ранее существовавших морях и океанах.

Химические осадки в области шельфа также имеют большое значение, так как за счет них возникают такие важные полезные ископаемые, как железные, марганцевые, алюминиевые руды и фосфориты. Источником образования в морских водоемах железа, марганца и алюминия служат сносимые реками и подземными водами различные химические соединения, освобождаемые при химическом выветривании горных пород. Большая часть этих соединений (окиси железа, марганца и алюминия) переносятся речной водой в виде коллоидных растворов, в меньшей степени механически или в виде истинных растворов. Наблюдениями над режимом р. Волги установлено, что в состоянии истинного раствора в 1 л воды за год переносится 11 мг железа, а во взвешенном и коллоидном состоянии -- 2,5 кг. При встрече речных вод с морской водой, играющей роль электролита, происходит коагуляция коллоидных растворов и выпадение в осадок железистых и марганцевых минералов. Выпадение железа в осадок, дающее начало образованию бурых железняков, приурочено к прибрежной части моря, так как коагуляция золей окиси железа происходит уже непосредственно у берега. Марганцевые минералы (преимущественные окислы марганца -- пиролюзит, манганит) выпадают в осадок несколько дальше от берега, так как для коагуляции коллоидных растворов марганца требуется более щелочная среда (рН = 8,5--8).

Аналогичным образом возникают, по-видимому, в прибрежной полосе бокситы, образующиеся в результате переотложения продуктов латеритного выветривания, богатых глиноземом. В отличие от прибрежных химических осадков, материал для образования которых поступает с суши, образование фосфоритов происходит в более глубоких частях шельфа, так как источником Р₂0₅ в морской воде служат быстро разлагающиеся трупы животных. Наиболее богата фосфором морская вода на глубинах 500 м и более, так как в поверхностных слоях воды Р₂0₅ интенсивно поглощается организмами. Однако большое количество СО₂ удерживает в глубоких зонах Р₂0₅ в растворе, и выпадение его здесь в осадок не происходит.

Образование фосфоритов приурочено к зоне шельфа с глубинами от 50 до 150 м, где содержание в воде СО₂ заметно уменьшается в результате поглощения ее растениями и диффузии в поверхностные воды.

Необходимым условием для образования фосфоритов является при этом наличие восходящих течений, выносящих с глубин Р₂0₅. В некоторых случаях фосфориты накапливаются и Р₂0₅ чисто органогенным путем, представляя собой скопления раковин, состоящих частично из фосфата кальция (такими раковинами обладают некоторые плеченогие), или осадки, обогащенные Р₂0₅ за счет копролитов морских животных, костей позвоночных и т.п. Осадки шельфа откладываются вдоль берега шириной 250 - 300 км и расширяются в местах впадин рек до 600 км.

2.2 ОСАДКИ МАТЕРИКОВОГО СКЛОНА (БАТИАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ)

В отличие от осадков мелководной области (шельфа и литорали) осадки батиальной области, распространяющиеся до глубины 3000 м, характеризуются большой однородностью. Среди них резко преобладают тонкозернистые терригенные осадки -- илы, имеющие в зависимости от своего состава и среды различные цвета и выделяющиеся поэтому под названием синего, красного и зеленого ила. Подчиненное значение имеют здесь органогенные осадки, возникающие главным образом за счет накопления раковин планктонных организмов, миллиарды которых заселяют поверхностные зоны воды, а также илы, образующиеся из вулканического материала. Синий ил состоит из тончайших иловатых и глинистых частиц с небольшой примесью кальцита в виде раковин микроскопических планктонных организмов и мельчайших выделений сернистого железа. Он обладает запахом сероводорода. Цвет ила (голубоватый или темно-серый) обусловлен образованием осадка в восстановительной среде -- при недостатке кислорода и большом количестве органического вещества. Верхняя часть осадка иногда имеет буроватый цвет вследствие окисления находящегося в нем железа. Синие илы широко распространены в области континентального склона, выстилая его дно до самого подножия и заходя также в область океанического ложа до глубин 5000 м. Красный ил значительно менее распространен. По своему составу он очень близок к синему, но окрашен окислами железа в красный, бурый или желтый цвет. Он встречается у берегов Бразилии, Китая и у некоторых других побережий, откуда реки сносят огромное количество красноцветных продуктов латеритного выветривания. Таким образом, красный ил представляет собой местную разновидность синего, образующуюся в результате переотложения продуктов выветривания горных пород на суше, происходящего в условиях жаркого влажного климата. Зеленый ил представляет собой относительно более грубозернистый песчано-глинистый осадок, зеленый цвет которого обусловлен присутствием большого количества зерен минерала глауконита; иногда в нем встречаются желваки фосфорита. Зеленый ил распространен главным образом в верхней части континентального склона, иногда заходит в область шельфа (до глубины 80 м), в редких случаях наблюдался на значительно больших глубинах -- до 4000 м.

Вулканический ил, отличающийся остроугольной формой зерен и присутствием обломков вулканического стекла, темных силикатов, полевых шпатов и др., образуется вблизи вулканических островов и подводных вулканов и потому имеет ограниченное распространение на дне океанов. Он встречается в Атлантическом океане вблизи Исландии, у западного побережья Тихого океана (берега Камчатки, Японии, Индонезии). Глубина отложения вулканического ила может быть различна и зависит от рельефа дна. Из органогенных илов в области батиали распространены коралловые и фораминиферовые илы. Коралловый ил встречается в экваториальной полосе Тихого и Индийского океанов вблизи коралловых островов, за счет разрушения которых он образуется. Волны, омывая коралловые рифы, разрушают их и раздробляют обломки до мельчайших размеров. Вода вокруг коралловых рифов после сильных штормов бывает настолько мутной, что получила название кораллового молока. Осаждение этого тонко раздробленного материала приводит к образованию тонкозернистого известкового осадка -- кораллового ила. Фораминиферовый ил по внешнему виду представляет собой мелоподобный довольно рыхлый осадок белого или желтого цвета. В нем наряду с тонкозернистым обломочным материалом содержится большое количество известковых раковинок микроскопических планктонных фораминифер. Это животные из типа простейших, обладающие, несмотря на простоту организации своего тела, состоящего из одной клетки, довольна сложно построенной раковиной. Большинство фораминифер являются донными животными, передвигающимися по дну при помощи тончайших выростов протоплазмы, называемых ложноножками. Среди них обильны и планктонные формы, парящие в воде, независимо от глубины-бассейна. Раковинки этих организмов в большом количестве попадают в осадки любой зоны моря. Однако в мелководных отложениях удельный вес фораминифер, как компонентов осадка, очень невелик по сравнению с массой выпадающего здесь терригенного материала. С удалением от берега значение планктонных форм в составе осадков все время возрастает, так как уменьшается количество терригенных частиц. На огромных пространствах океанического ложа вдали от берегов планктонным организмам принадлежит уже основная роль в формировании осадков.

2.3 ОСАДКИ ОКЕАНИЧЕСКОГО ЛОЖА (АБИССАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ)

Среди органических илов, образующихся на дне океанов на глубинах свыше 3000 м, различают известковые (глобигериновые и птероподовые) и кремнистые (радиоляриевые и диатомовые). Кроме органических илов, в глубинах океана большим распространением пользуется так называемая красная океаническая глина. Глобигериновый ил представляет собой разновидность фораминиферового ила и сложен почти нацело микроскопическими раковинками фораминифер -- глобигерин и мельчайшими известковыми пластинками, так называемыми кокколитами, на которые распадается наружная оболочка (панцирь) одноклеточных планктонных водорослей -- кокколитофорид. Примесь терригенного материала в глобигериновом иле обычно крайне невелика, но иногда может быть и значительной, поскольку состав органических илов сильно зависит от физико-географических условий и гидродинамического режима бассейна. Низшим пределом распространения глобигеринового ила принимают изобату в 4000 м. Ниже этого уровня глобигериновый ил не осаждается, так как тонкие раковинки глобигерин растворяются на больших глубинах, где слои морской воды недонасыщены СаСО₃. Птероподовый ил отличается от глобигеринового присутствием большого количества раковинок крылоногих моллюсков -- птеропод, имеющих форму фунтика; наряду с ними в иле содержатся также раковины глобигерин и других планктонных -фораминифер. Птероподовые илы распространены значительно меньше, чем глобигериновые, и обычно находятся ближе к берегу. Общая площадь распространения известковых илов составляет около 128 млн. кмІ, или около 45% всей площади ложа Мирового океана. Диатомовый ил представляет собой осадок, состоящий преимущественно из кремневых панцирей микроскопических водорослей -- диатомей или диатомовых, присутствуют в нем также кремневые раковинки других планктонных организмов (радиолярий), глинистые частицы и незначительная примесь карбонатов. По внешнему виду диатомовый ил представляет собой рыхлый желтый, белый или сероватый осадок. Распространен он на глубинах от 1000 до 4800 м; в отличие от известковых диатомовые илы встречаются главным образом в высоких широтах, вокруг Антарктики и на севере Тихого океана, что объясняется преобладающим развитием флоры диатомовых в холодных водах, откуда они извлекают кремнезем для построения своих панцирей. Общая площадь распространения диатомовых илов составляет 23,5 млн. кмІ, или около 8% общей площади океанического дна. Радиоляриевый ил занимает наиболее глубоко опущенные участки океанического дна, располагающиеся на глубинах 4000--8000 м, покрывая примерно 1,7% общей площади ложа Мирового океана. В его составе преобладают кремнистые раковинки микроскопических одноклеточных планктонных животных-- радиолярий; кроме того, присутствуют диатомей и глинистое вещество. При преобладании глинистых частиц радиоляриевый ил переходит в красную океаническую глину -- своеобразный глубоководный осадок терригенного характера. Красный цвет глины указывает на ее образование в окислительной среде, существование которой на таких больших глубинах, возможно, объясняется бедностью здесь органического мира.

Накопление красной глины происходит за счет эоловой, вулканической и космической пыли, а также за счет терригенного материала, приносимого айсбергами. Сравнительно часто в ней находят труднорастворимые остатки скелетных частей позвоночных животных, главным образом зубы акул и слуховые косточки китов. Местами в пробах красной глины, поднимаемых со дна, находили до 100 зубов и 40 слуховых косточек, а в одной из проб было обнаружено даже около полутора тысяч этих остатков.

На примере описанных выше типов морских осадков видно, как велика и разнообразна созидающая работа моря, приводящая в конечном итоге к созданию многокилометровых толщ осадочных пород, образующих верхнюю часть земной коры. Темпы накопления осадков на дне моря очень различны и зависят в первую очередь от близости к области накопления источников сноса, откуда поступает главная масса вещества, образующего терригенные осадки, от морфологии берегов, а также от климатических и физико-химических условий, определяющих развитие органической жизни в морской воде и на дне моря. На огромных пространствах океанического дна накопление осадков идет крайне медленно. В пробах красной океанической глины на глубине 40 см от ее поверхности были обнаружены зубы рыб, вымерших много миллионов лет назад, что позволило определить скорость накопления этого осадка в 0,5--1 мм за столетие. В области шельфа накопление осадков происходит в несколько раз быстрее. Считают, что скорость накопления осадков составляет в краевых и внутренних морях в среднем около 6 мм за столетие. В отдельных случаях эта скорость может быть и сравнительно большей. Скорость роста кораллов, образующих рифы, в среднем оценивается около 30 см за столетие, а по некоторым наблюдениям может достигать даже 2,5 см в год. Но даже и при минимальной скорости накопления осадка, установленной для области океанического ложа в 0,5 мм за столетие, за 100 млн. лет произойдет отложение толщи осадков мощностью 0,5 км. История же Земли, как известно, насчитывает не сотни миллионов, а миллиарды лет, так что в масштабе геологического времени скорость накопления осадков в море становится вполне ощутимой величиной, а созидающая работа моря приобретает среди других экзогенных процессов первенствующее значение в изменении лика Земли.

3. ДИАГЕНЕЗ МОРСКИХ ОСАДКОВ

Переход осадков в горные породы -- длительный и сложный процесс, который носит название диагенеза, что в переводе с греческого означает «перерождение». Процесс изменения осадка и превращения его в горную породу начинается еще в морском бассейне и длится многие десятки и даже сотни тысяч лет.

По данным Н.М. Страхова (1988 г.), в преобразовании осадков в горные породы участвуют многие факторы (Рис. 6).

1. Высокая влажность осадков, имеющая огромное значение в перераспределении отдельных элементов в осадке и обусловливающая диффузное перемещение вещества в вертикальном и горизонтальном направлениях, что способствует взаимодействию различных составляющих и образованию новых диагенетических минералов.

2. Наличие многочисленных бактерий, главная масса которых сосредоточена в верхних первых сантиметрах осадков. Бактерии играют различную роль в преобразовании вещества. В одних случаях они разлагают углеводороды и органические соединения, создают новые реактивы и изменяют химизм среды. В результате деятельности различных бактерий происходят сложные процессы - окисление закисных соединений и чаще, наоборот, перевод окисных соединений в закисные. В других случаях бактерии служат главным источником накопления органического вещества в верхней части слоя.

3. Иловые растворы воды, пропитывающие осадок, существенно отличаются от состава наддонной воды океана более высокой минерализацией, уменьшенным содержанием сульфатного иона, присутствием железа, марганца и других элементов. Различие состава иловых растворов и придонной океанской воды вызывает обмен веществ между ними. При большой концентрации ряда веществ в иловых растворах в осадке образуются новые диагенетические минералы.

4. Органическое вещество, большое скопление которого в осадке вызывает дефицит кислорода, появление углекислого газа и сероводорода, т. е. создает восстановительные условия.

5. Окислительно-восстановительный потенциал зависит от содержания органического вещества и от гранулометрического состава осадка. В мелководных зонах, где преобладают хорошо водопроницаемые пески с отсутствием или ничтожным содержанием органического вещества, создаются окислительные условия среды, наблюдающиеся и в глубине осадка. В этом случае возможны единичные новообразования гидроксидов железа или бурых корок вокруг зерен песка. В более глубоководных тонких илах, богатых органическим веществом и бактериями, окислительные или нейтральные условия создаются лишь в самой верхней части осадка мощностью около 10-15 (20) см, с которой связано образование гидроксидов железа и марганца, ниже располагается восстановительная зона, где возможно образование серного колчедана (пирита). В результате сложные и длительные процессы диагенеза приводят, в конце концов, к превращению осадков в горные породы.

Рис. 6 Схема диагенеза (по Н.М. Страхову)

В процессе диагенеза первоначальный осадок подвергается различным химическим изменениям, зависящим от условий среды и уплотнения. В окислительной среде происходит окисление находящихся в осадке закисных соединений, что особенно заметно отражается на изменении железистых минералов. В восстановительной среде, наоборот, окисные соединения переводятся в закисные. Значительную роль в этих процессах играют различные бактерии. Некоторые из них разлагают органическое вещество, вызывая появление углекислоты (СО₂) и сероводорода (H₂S), и тем способствуют изменению химизма среды; другие непосредственно участвуют в окислительных или восстановительных процессах.

Большое значение в процессах химического преобразования осадков имеют процессы растворения малоустойчивых минералов, например карбонатов. В глубоких придонных водах, насыщенных углекислотой, происходит растворение СаСО₃, с чем связано отсутствие известковых илов на больших глубинах (глубже 4000 м). Уплотнение осадка происходит в результате перекристаллизации, цементации и обезвоживания.

Перекристаллизации подвергаются главным образом однородные мелкозернистые осадки, состоящие из легкорастворимых минералов. Яркий пример перекристаллизации представляет диагенез рифовых образований, первоначально состоящих из известковых скелетов кораллов, мшанок, водорослей и др. Под действием углекислоты, освобождающейся при разложении органического вещества, СаСО₃ скелетов частично растворяется и после выделения углекислоты выпадает заново уже в кристаллической форме. Цементация связана с выпадением в осадок различных химических соединений, связывающих (цементирующих) между собой отдельные зерна осадка. Такими цементирующими веществами чаще всего являются: кремнезем в различных модификациях (кварц, опал, халцедон), окислы железа, карбонаты, фосфаты и др. Выпадение цементирующего вещества может происходить одновременно, или, как говорят, сингенетически, с образованием самого осадка, или же в последующие стадии его преобразования -- эпигенетическим путем. Цементирующее вещество заполняет поры и пустоты, скрепляя частицы породы. Происходит также заполнение трещин. В результате неравномерной цементации в осадке возникают более плотные участки. Иногда вследствие крайней неравномерности выпадения цементирующего вещества в осадке происходит образование конкреций, т. е. стяжений минеральных новообразований, отличных по своему составу от самого осадка. Форма и размеры подобных конкреций очень разнообразны, что зависит от текстуры осадка и физико-химических условий среды. Нередко конкреции образуются в результате повторного выпадения вещества вокруг каких-нибудь скелетных остатков, играющих роль центров стяжения и своей формой определяющих форму конкреции. Сингенетические конкреции, образующиеся одновременно с самим осадком в тех же физико-химических условиях среды, имеют состав, близко отвечающий составу цемента. Наиболее часто встречаются кремневые, железистые, карбонатные, фосфатные конкреции. Последние часто служат объектом промышленного использования, образуя выдержанные прослои так называемых желваковых фосфоритов. Обезвоживание осадка происходит в результате выжимания воды из нижних пластов в верхние, обусловливаемое давлением вышенакопляющихся толщ осадка. При этом происходит также процесс дегидратации минералов, богатых водой, и их перекристаллизация. В конечном итоге все процессы, совершающиеся во время диагенеза осадка (растворение, химические преобразования, перекристаллизация, цементация, дегидратация), приводят к потере осадками рыхлости и пластичности, превращению его в горную породу.

4. Понятие о фациях

Исходя из рассмотрения генетических типов осадков в океанах, морях, реках и озерах устанавливается определенная закономерность их распределения в зависимости от физико-географических условий - рельефа дна водоемов, подвижности и температуры воды, степени удаленности от континента, характера распределения различных организмов и других факторов. В одно и то же время в разных условиях формируются различные по генезису и составу типы осадков. Так, например, в пределах области шельфа гумидных областей, при значительном поступлении осадочного материала с континента будут откладываться преимущественно терригенные осадки. В то же время в тропических зонах при незначительном поступлении терригенного материала в мелководной области шельфа развиваются коралловые рифы. Одновременно в абиссальной части океана, удаленной от берега, могут накапливаться органогенные (планктогенные) и полигенные осадки. Приведенные данные указывают, что существует тесная и многосторонняя связь осадкообразования со средой.

Около крутых обрывистых берегов в условиях сильной подвижности воды откладываются почти исключительно грубозернистые осадки; тонкозернистые илистые осадки формируются в спокойных водоемах, где движение воды почти не ощутимо; оолитовые известковые осадки возникают только в жарком климате, где вода бедна СО₂ и поэтому карбонаты легко выпадают в осадок. От условий среды зависит характер ее органического населения. Водоросли, например, могут существовать только на небольших глубинах, куда доходит солнечный свет, необходимый для развития растительных организмов; кораллы требуют строго определенных климатических и гидрологических условий: высокой температуры, нормальной солености, скалистого грунта, небольшой глубины, отсутствия в воде мути. В морфологии большинства морских животных можно уловить признаки приспособления их к тем или другим условиям существования. Моллюски, живущие в полосе прибоя, имеют прочные толстостворчатые раковины или обладают способностью просверливать себе норки в твердых каменистых породах. Наоборот, моллюски, приспособленные к жизни на илистом дне, часто закапываются в осадок, в связи с чем у них сильно развивается мускулатура, позволяющая им выставлять из норки так называемые сифоны -- трубки, образованные сросшимися краями оболочки (мантии), выстилающей изнутри раковину животного и служащие для ввода и вывода воды из тела моллюска. Следовательно, изучая осадок, его состав, закономерности площадного развития и включенную в него фауну, можно восстановить условия и время его образования, а это, в свою очередь, имеет большое значение для анализа древних отложений и восстановления палеогеографических обстановок их формирования в различные этапы геологического развития. Впервые на это было обращено внимание в первой половине XIX в. швейцарским геологом А. Гресли при изучении Юрских гор Швейцарии, установившим закономерную смену состава отложений одновозрастных горизонтов. Им было введено в 1938 году понятие фация (лат. "фациес" - лицо, облик). Под фациями А. Гресли понимал отложения разного состава, имеющие одинаковый возраст и замещающие друг друга по площади (по горизонтали). В настоящее время понятие о фациях пользуется всеобщим признанием. Значительная часть исследователей считают, что фация - это горные породы (осадки), возникшие в определенной физико-географической обстановке и отличающиеся от состава и условий образования смежных одновозрастных пород. Несколько иначе трактуется понятие "фация" В.Т. Фроловым (1984). Однако во всех случаях подчеркивается четкая взаимосвязь нескольких сторон: 1) литологический состав породы (осадка) и соответствующие ей органические остатки; 2) физико-географическая обстановка седиментации; 3) геологический возраст - принадлежность фации определенному стратиграфическому горизонту, фации могут рассматриваться только в конкретных стратиграфических границах. Однако необходимо помнить, что основным свойством фации является ее однородность, обусловливаемая вполне определенными для данного момента условиями осадконакопления. Поэтому нельзя говорить о «фации переслаивания», так как в толще переслаивающихся пород различного петрографического состава (например, переслаивающихся глин, песчаников и известняков) можно выделить много фаций, каждой из которых будет соответствовать та или иная порода, образовавшаяся в определенных условиях среды. Фациальный анализ имеет особенно большое значение для ископаемых фаций горных пород, образовавшихся в той или иной физико-географической обстановке в различные этапы геологической истории. Хорошо известно, что в ходе геологического времени обстановка осадконакопления неоднократно изменялась, что было связано или с колебаниями уровня Мирового океана, или с вертикальными тектоническими движениями земной коры, что, естественно, сопровождалось изменениями в горизонтальном и вертикальном направлениях состава осадков и органических остатков в них. В этих случаях особенно важно выявление и изучение фациальной изменчивости и зональности одновозрастных отложений для корреляции (лат. "корреляцио" - соотношение, взаимосвязь) геологических разрезов, определения бывших палеогеографических условий и обстановок осадконакопления и, таким образом, выяснения происхождения пород. Корреляция разрезов является основным материалом для составления фациальных профилей и обобщающих карт фаций.