Экспозиция "Современные геологические процессы"
Раздел "Континентальные обстановки осадконакопления"
Озерные отложения
Озерные фации представлены чрезвычайно разнообразными отложениями, состав которых в наибольшей степени зависит от климатических и тектонических условий, а также от гидрологического режима озера, его размеров, формы, глубины, рельефа водосборной площади, состава и продуктивности живущих в нем организмов.
К общим особенностям озерных отложений можно отнести их ограниченное распространение, соответствующее форме озера, и сравнительно небольшую мощность. Фации внутриконтинентальных озер имеют латеральные переходы с аллювиальными, пролювиальными и болотными фациями, а фации прибрежно-морских озер - с морскими.
Озера делят на две основные группы. В первую входят озера, имеющие сток, т. е. гидрологически открытые (проточные, пресные). Другую группу составляют гидрологически закрытые, т. е. бессточные, соленые озера.
Пресные озера развиваются в зонах гумидного климата, так как здесь поступление вод превосходит их испарение. В таких озерах накапливаются главным образом терригенные осадки, приносимые реками в виде взвеси и твердого донного стока. Иногда большую роль играет материал, принесенный ветром, плавучими льдами, или материал вулканического происхождения. Основное влияние на привнос осадка оказывает характер и размер окружающего водосборного бассейна. Поступление осадков зависит и от времени года - летом терригенных частиц и органического вещества приносится больше, чем зимой. В равнинных озерах присутствуют песчано-алеврито-глинистые осадки, в горных накапливаются более грубые. Осадки пресных озер, как правило, имеют хорошую сортировку.
Мелководные осадки крупных озер по своим текстурным и структурным признакам мало отличаются от морских. В прибрежной зоне накапливаются песчаники со знаками волновой ряби и косослоистые песчаники зоны пляжа. В местах впадения рек формируются дельтовые косослоистые песчаники. В центральных частях озер накапливаются илистые осадки с горизонтальной слоистостью (терригенные, пелагические биогенные и хемогенные илы). Кроме того, терригенное осадконакопление в зонах, удаленных от берега, характеризуется турбидными и гравитационными потоками, возникновение которых связано с оползнями, выносом осадков из речных дельт и с речными паводками.
Воды в пресных озерах могут быть жесткими, тогда в них происходит накопление карбонатных осадков (обычно - известняков). Карбонатное осадконакопление происходит везде, где нет значительного терригенного сноса. Карбонат кальция осаждается главным образом в результате фотосинтеза фитопланктона: планктонные водоросли вырабатывают CO2, который поступает в воду и способствует хемогенному выпадению в осадок кальцита. Поскольку массовое развитие фитопланктона происходит в летнее время, слойки карбоната накапливаются летом. Хемогенное осаждение карбонатов может происходить и в результате перегрева воды. В зонах подвижных вод образуются карбонатные оолиты. В спокойных водах карбонат кальция образует тонкие горизонтальные слои.
Органические остатки в проточных озерах обычно представлены скелетными образованиями пресноводных моллюсков, ракообразных, позвоночных, а также харовых и диатомовых водорослей. В большом количестве присутствуют обугленные остатки высших растений. В целом для озерных отложений характерно резкое изменение состава и количества организмов по разрезу. Остатки харовых водорослей могут образовывать карбонатные прослои. В зоне волновой активности в тепловодных озерах могут формироваться онколиты - небольшие концентрически-слоистые осадочные карбонатные образования, похожие на оолиты и возникающие при последовательном разрастании слоистой оболочки цианобактерий.
В пресноводных озерах могут складываться обстановки недостатка кислорода в придонных водах, тогда на дне озера откладываются слои органики, которые сохраняются от окисления (возникают глинистые битуминозные осадки).
В озерах умеренного и холодного климата образуются ленточные глины (подробнее эти отложения будут рассмотрены среди ледниковых фаций).
Для пресных озер характерно накопление сапропеля и диатомита. Сапропель - донный осадок, образующийся в восстановительных условиях из скопления микроскопических остатков животных и растительных организмов, при диагенезе сапропель преобразуется в сапропелит. Диатомит - кремнистая органогенная порода, образованная из диатомового ила (скопления панцирей планктонных диатомовых водорослей и глинистых частиц).
В непроточных озерах аридного климата, где поступающие воды не компенсируют испарение, наблюдается повышенная минерализация. Наряду с терригенной, в таких озерах происходит, а часто и преобладает, хемогенное осадконакопление.
Песчаные осадки в таких озерах образуются довольно редко, здесь преобладают алеврито-глинистые, чередующиеся с хемогенными. При засолении осаждаются эвапориты: на первой стадии - карбонаты (известняки и доломиты), при еще большей аридизации накапливаются гипс, ангидрит, на последней стадии - сильвин и галит.
Как правило, соленые озера - водоемы с низкой волновой активностью, но при достаточной гидродинамике в прибрежных водах соленых озер могут образовываться карбонатные оолитовые пески со знаками ряби.
Развитие организмов в соленых озерах сильно подавлено или не происходит. Здесь могут образовываться строматолиты - разнообразные по форме карбонатные слоистые образования, возникающие в результате жизнедеятельности микроорганизмов, главным образом цианобактерий.
В соленым озерам аридной зоны относятся также пересыхающие озера (плайя, такыры, соры), расположенные по периферии пролювиальных конусов выноса. Эти озера имеют глубины не более нескольких метров и подпитываются грунтовыми водами. Здесь накапливаются главным образом глины. При высыхании на поверхности дна этих озер образуются трещины и солевые корки.
Древние озерные отложения бывает непросто отличить от морских. Основной критерий отличия - отсутствие ископаемой морской фауны, представленной стеногалинными беспозвоночными (головоногие моллюски, иглокожие, кораллы и др.), присутствие континентальной флоры (например, харовые водоросли) и фауны (некоторые гастроподы, двустворки, остракоды, рыбы). Органические остатки в озерных отложениях отличаются относительной бедностью систематического состава.
Отложения солей бессточных озер отличаются по химическому составу от морских солей.
В озерах снижена волновая активность, отсутствуют приливно-отливные процессы, что отражается на структурах и текстурах отложений. В то же время в озерах происходят частые колебания уровня воды и периодические осушения, что также фиксируется в составе и облике пород.
Озерные отложения имеют в плане замкнутые контуры и образуют линзообразные геологические тела сравнительно небольшой мощности.
Болотные отложения
Болотом называют участок земной поверхности, который характеризуется постоянным чрезмерным увлажнением, произрастанием специфической влаголюбивой растительности и образованием болотных почв. Обычно болотные почвы формируются в лесной зоне умеренных поясов.
Болота возникают в результате заболачивания почвы или зарастания водоемов. Заболачиванию подвергаются любые участки суши, на которых уровень поверхности подземных вод совпадает с уровнем земной поверхности.
Болотная экосистема характеризуется накоплением в верхних горизонтах субстрата мертвых неразложившихся растительных остатков, которые со временем превращаются в торф. Торф - горючее полезное ископаемое, образованное скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Таким образом, болото можно также определить как растущий торфяник.
Болотные условия тесно связаны с озерными, речными, пролювиальными, прибрежно-морскими обстановками, потому часто нельзя провести четкую границу между фациями болот и фациями, образованными в этих обстановках.
Для болот характерны: 1) обильное застойное или слабопроточное увлажнение верхних горизонтов почвогрунтов; 2) болотная растительность с господством видов, приспособленных к условиям обильного увлажнения и недостатка кислорода в почвенном субстрате; 3) толщина отложившегося торфа, при которой живые корни основной массы растений не достигают подстилающего минерального грунта.
По типу климата болота делят на субарктические (в областях вечной мерзлоты), умеренные, тропические и субтропические. Влажные зоны теплого и умеренного климата - основные участки суши, где болотный процесс является ведущим. Климат определяет флору и фауну болот. В настоящее время интенсивное торфонакопление характерно для Северной Европы, Западной Сибири, Северной Америки, а также некоторых тропических областей (бассейны рек Конго, Амазонки, Индонезия).
Во влажных субтропиках и тропиках обширные пространства морских побережий занимают болота приморских низин. Здесь развиваются особый тип древесной растительности - мангровые деревья, корни которых расходятся от ствола еще над водой и погружены ниже уровня болота в виде растопыренных "пальцев". Такие мангровые заросли на илистых приморских низинах периодически затопляются водами океанов во время приливов.
В позднем палеозое были широко распространены обширные приморские болота. В мезозое болота сместились во внутриконтинентальные впадины.
В зависимости от условий водно-минерального питания, характера растительности и типа торфа различают низинные (эвтрофные), верховые (олиготрофные) и переходные (мезотрофные) болота. Для низинных болот характерны эвтрофные, т. е. требовательные к минеральным элементам растения, для верховых - менее требовательные олиготрофные.
В умеренном климате образование болот начинается при близком уровне грунтовых вод. Накоплению влаги способствует живой растительный покров; в почве создаются анаэробные условия и начинается заболачивание.
Низинные (эвтрофные) - тип болот с богатым водно-минеральным питанием, в основном за счет грунтовых вод. Они имеют плоскую поверхность и формируются при зарастании водоемов. Расположены низинные болота в низких местах - в поймах рек, по берегам озер, в местах выхода ключей.
Заболачивание богатых питательными веществами эвтрофных водоемов идет следующим путем. На дне водоема сначала отлагается терригенный осадок (песок, алеврит, глина) и оседают остатки главным образом микроскопических водных и донных животных и растений. В верхних слоях воды часто возникает избыток кислорода, а у дна значительный недостаток - складывается восстановительная обстановка. Органический материал подвергается анаэробному разложению с образованием гелеобразного ила - сапропеля (впоследствии при диагенезе он переходит в горючее полезное ископаемое - сапропелит). Постепенно водоем мелеет, в нем поселяются водные растения, погруженные и полупогруженные в воду. Их остатки поступают на дно, где при недостатке кислорода происходит их неполное разложение с помощью микроорганизмов и формирование гумуса (темного аморфного органического вещества), т. е. образование торфа. Постепенно вся поверхность водоема затягивается зыбким ковром (зыбуном), образованным корневищами трав или мхами. Растительный ковер нарастает с берегов и покрывает озеро, остаются лишь "окна" воды, и водоем превращается в болото. На дне болота накапливается торф. Когда слой накопившегося торфа и зыбун смыкаются, водоем полностью зарастает.
Растительность низинных болот разнообразна - зеленые мхи, травы, некоторые низинные болота покрыты лесом. В таких болотах развивается богатый минеральными элементами низинный торф. Такой торф имеет серую окраску.
В дальнейшем выше уровня грунтовых вод может образоваться верховое болото.
Верховые (олиготрофные) болота возникают на плоских водоразделах, песчаных террасах, которые подстилаются водонепроницаемыми породами. В отличие от низинных болот, верховые болота питаются в основном атмосферными осадками, в которых очень мало минеральных веществ. Вода в них резко кислая, растительность бедная, господствуют сфагновые мхи.
В верховых болотах накапливается верховой торф. Он образован олиготрофной растительностью при переувлажнении, вызванном преимущественно атмосферными осадками. Торф беден минеральными элементами. Окраска его изменяется с повышением степени разложения от светло-желтой до темно-коричневой.
Из-за накопления верхового торфа поверхность болота со временем может стать выпуклой.
Переходный (мезотрофный) тип болот характеризуется питанием как за счет подземных вод, так и атмосферных осадков и в таких болотах развита растительность, не требующая большого количества минеральных веществ.
В процессе эпигенеза торфяные залежи могут преобразоваться в бурый и каменный уголь.
В болотах также образуются болотные руды. Это бедные железом руды, которые состоят из окислов и гидроокислов железа, накапливающихся путем осаждения из поверхностных вод. Часто такие руды имеет бобовую структуру, указывающую на участие в ее образовании коллоидных, иногда биохимических процессов.
Отложения источников и карстовых полостей
Отложения источников (фонтанальные) и карстовых полостей (пещерные) генетически связаны друг с другом, так как являются проявлением деятельности атмосферных и подземных вод.
В результате воздействия атмосферных вод происходит химическое выветривание пород, в частности, их растворение. В водах, содержащих углекислоту (а таких вод очень много) растворяются бикарбонаты кальция, магния, натрия и калия. При этом из пород удаляются и другие компоненты (железо, алюминий). Некоторые породы (каменная соль, гипс) растворяются особенно легко. Легко растворимы известняки и мраморы:
CO2 + H2O = H2CO3
Углекислый газ + вода = углекислота
H2CO3 + CaCO3 = Ca(2+) + 2HCO3(-)
Углекислота + карбонат кальция = ион кальция + ион бикарбоната
Растворение служит причиной такого геологического явления как карст. С карстовыми процессами связано образование пещерных фаций.
Отложения карстовых полостей (пещер). Карст - совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в избирательном растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами. Выделяют следующие основные литологические типы карста: гипсово-ангидритовый, доломитовый, известняковый, карст мраморов и соляной.
Для карста характерны отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путем растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. К поверхностным относятся воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др., к подземным - карстовые пещеры, галереи, полости, ходы. Переходные между поверхностными и подземными формами - неглубокие карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.
Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод; г) минерализация воды на входе в грунт должна быть меньше растворимости породы.
По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также "голый", или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и "покрытый" или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.
К пещерным относят все отложения, образующиеся в пещерной обстановке. Основными группами являются: водные механические, водные хемогенные, остаточные, обвальные и органогенные.
Водные механические отложения пещер образованы переносимыми водой осадками, в том числе осадками, принесенными с поверхности. Они представлены песками, супесями, суглинками, глинами, иногда галькой и валунами. Они имеют небольшую мощность и залегают либо в виде покрова, либо повторяют контуры русла, по которому переносились водой. С ними могут быть связаны и месторождения цветных металлов (материал из кор выветривания) и россыпные месторождения.
Водные хемогенные отложения пещер - это натечные образования, возникшие за счет выпадения различных веществ из растворов. Наиболее распространенными являются известковые натеки, сложенные травертином, реже встречаются гипсовые, кремневые, железистые, марганцовистые. Натеки могут иметь очень разнообразную внешнюю форму, в частности, сталактиты и сталагмиты.
Остаточные отложения пещер - образованы нерастворимым осадком карстующихся пород и представлены смесями глины и песка.
Обвальные отложения пещер образуются в результате обрушения пород. Провальные отложения могут содержать материал как из самой пещеры, так и с поверхности.
Отложения источников представлены отложениями, возникающими в результате хемогенного осаждения растворенных веществ из приповерхностных (вадозных) вод.
Воды с растворенными веществами, возникающими при химическом выветривании пород на суше, могут просачиваться через верхние слои земной коры и вновь выходить на поверхность в виде источников. Вещества, вынесенные на поверхность подземными водами, часто отлагаются вблизи мест выхода источников, образуя натеки, сложенные осадочными туфами различного состава (не путать с вулканическими туфами!). Обычно осадки, возникающие таким путем, имеют карбонатный состав и называются известковым туфом или травертином. Нередко не только подстилающие породы покрываются коркой туфа, но и попавшие в источник органические остатки (раковины, листья деревьев и т. д.).
Туф образуется в результате удаления из растворов, содержащих растворимый бикарбонат кальция, двуокиси углерода. Обычно это происходит в результате падения давления с выходом подземных вод на поверхность. В результате происходит химическая реакция, в которой выделяется нерастворимый в воде карбонат кальция:
Ca(HCO3)2 -> CaCO3+H2O+CO2.
Известковый туф и травертин имеют одинаковый состав и, по существу, являются одной и той же породой. Однако, как правило, к туфам относят ее пористые (ноздреватые, "пенистые") разновидности, а к тавертинам - более плотные (например, карбонатный оникс). Известковые туфы и травертины являются ценнейшим строительным и отделочным материалом.
Фации источников и карстовых полостей генетически и пространственно связаны с речными и озерными фациями. Проявления древнего карста можно видеть в известняках морского происхождения, где они приурочены к перерывам в осадконакоплении.
Подземные воды, несущие растворенные вещества могут быть связаны не только с вадозными водами, но и с вулканической деятельностью. В последнем случае источники бывают, как правило, термальными. Отложения термальных источников среди осадочных фаций мы не рассматриваем, однако часто воды различного происхождения смешиваются. Воды термальных источников образуют отложения, очень сходные по виду с осадочными туфами. Химический состав их может не отличаться. Известковые натечные образования термальных источников также называются травертинами.
Породой, образующейся в результате отложения кальцита и арагонита из углекисло-кальциевых вод, является также мраморный оникс. Встречается он либо в областях молодого вулканизма, богатых термальными источниками (часто в ассоциации с известковыми туфами - травертинами), либо в карстовых пещерах в виде сталактитов, сталагмитов, натеков и тонких покровов.
Гляциальные отложения
В геологической истории существовали эпохи похолодания климата, когда огромные массивы суши были покрыты ледниками. При этом значительное количество обломочного материала транспортировалось льдом. После его таяния переносимый материал высвобождался, отлагался на месте или выносился талыми водами. При этом формировались своеобразные комплексы отложений и формы рельефа.
Ледниковые отложения
В современную эпоху немалую роль в переносе и отложении обломочного материала играют горные ледники.
Ледниковая экзарация (выпахивание) зависит от скорости движения льда и от его мощности. При большой мощности даже медленно движущийся лед способен срывать и перемещать крупные глыбы. При незначительной мощности ледника продвижение его целиком обусловлено доледниковым рельефом. Он обтекает возвышенности и образует в понижениях рельефа ледниковые языки.
Обломочный материал распределяется в теле ледника весьма неравномерно. Переносимый ледником материал называется мореной. Его можно разделить на несколько типов:
- донная (основная) морена, которая откладывается под наступающим льдом и во время таяния ледника, к ней приурочено максимальное количество обломков;
- конечная морена откладывается там, где количество тающего льда равно количеству льда, поступающего вследствие течения ледника;
- боковая морена образуется по краям долинного ледника и параллельна его границам;
- срединная морена возникает, когда объединяются две боковые морены сливающихся ледников.
Донная морена представляет собой наиболее важные и шире всего распространенные отложения покровных материковых ледников, она образует чехол изменчивой мощности (от 2-3 м до 100 м и более). Конечная, боковая и срединная встречаются в виде гребней, выделяющихся в рельефе.
Особенностью переноса обломочного материала в твердом теле ледника является отсутствие сортировки обломков. В связи с этим моренные отложения представлены скоплением обломков различной величины - от крупных валунов до глинистых частиц. Характерной чертой моренных отложений часто является их залегание на отшлифованной и дислоцированной поверхности подстилающих пород ложа ледника.
Морена образуется в результате поступательного движения льда. Поэтому включенные в нее крупные обломки приобретают продольную штриховку, а на поверхности их образуются перекрещивающиеся ледниковые шрамы. Некоторые обломки имеют характерную треугольную в сечении форму (ледогранники). В составе обломков могут быть как местные породы, так и породы, принесенные с удаленных территорий за десятки и сотни километров. Последние называются эрратическими валунами.
Водно-ледниковые отложения
Эти отложения тесно связаны с ледниковыми, но главным агентом при их образовании является талая вода. Они подразделяются на флювиогляциальные (водно-ледниковые) и лимногляциальные (озерно-ледниковые).
Моренный материал под воздействием талых вод, образующих многочисленные потоки, приобретает черты, характерные для потоковых отложений - сортировку и слоистость потокового типа. Вода, которая образуется из тающего льда у края ледника, перемывает конечную морену, уносит тонкообломочный (песчано-галечный) материал от границы льда и откладывает его в форме пологого конуса (зандра). Наиболее крупнозернистый материал зандров отлагается возле конечной морены. Талые воды на равнинных участках растекаются на обширных площадях и образуют зандровые равнины, или зандровые поля.
Лимногляциальные отложения возникают на дне приледниковых озер. Обычно они тонкозернисты и хорошо сортированы. Здесь образуются так называемые ленточные глины. Для них типична тонкая горизонтальная слоистость, образованная годичными слоями, состоящими из двух сезонных слойков - зимнего (светлого, алевритового) и летнего (темного, глинистого).
Подледные водно-ледниковые отложения при отступании ледника проецируются на подстилающую поверхность и образуют камы и озы. Камы - хорошо выраженные в рельефе небольшие холмы, сложенные сортированным, сравнительно тонкослоистым материалом. Они образованы на месте озер, существовавших под покровом ледника или на его поверхности. Озы - сплошные или прерывистые валы и гряды, сложенные грубозернистым и заметно окатанным материалом. Это отложения русел подледных потоков. Подобные формы рельефа развиты преимущественно в областях материковых покровных оледенений и значительно реже встречаются в областях горного оледенения.
Органические остатки редки в таких отложениях, а в моренах отсутствуют совсем.
Иногда ледниковые отложения встречаются совместно с морскими и могут быть связаны с ними переходными типами (ледниково-морские отложения). Большое количество моренного материала попадает на дно прилежащих океанов из тающих айсбергов.
