При рассмотрении проблем седиментогенеза нам представляется наиболее плодотворным исходить из ряда основных предпосылок, определяющих специфику седиментогенеза и прежде всего условия и способы образования осадочного материала, миграцию и накопление его.
По мнению автора, можно выделить три группы факторов, определяющих специфику процессов и продуктов седиментогенеза:
1) геоморфологические факторы — прежде всего контрастность суши и морского дна; ими определяется пространственное распределение продуктов сноса и их гравитационная дифференциация;
2) зональные факторы физико-географической обстановки развития ландшафта; они обусловливают характер процессов разрушения пород, геохимические стадии выноса подвижных продуктов выветривания и формирование типоморфных элементов и соединений, накладывающих отпечаток на литогенез;
3) историко-геологическая направленность развития осадочных процессов; в них отражается характер палеогеографических событий и их влияние на процессы седиментогенеза, геохимический взаимообмен вещества и энергии в земной коре и другие условия образования осадочной оболочки.
Расширим несколько характеристику значения указанных групп факторов и условий в седиментогенезе.
Геоморфологические факторы и условия седиментогенеза. Разрушение горных пород в зоне гипергенеза само по себе представляет активный динамический процесс. Выветривающийся материал перемещается в вертикальном и горизонтальном направлениях. В тех случаях, когда геоморфологические условия благоприятствуют гравитационному или механическому перемещению, удаление рыхлого материала может совершаться на большие расстояния. В транспортировке седиментационного материала мы предлагаем различать три основных комплекса миграционных процессов.
1. Комплекс миграционных процессов локального характера, определяющих специфику переноса и седиментации материала в пределах ограниченных территорий небольшого регионального масштаба.
2. Комплекс миграционных процессов крупного регионального характера, определяющий седиментогенез в пределах огромных территорий — горных поясов, межгорных впадин, обширных равнин и др.
3. Комплекс миграционных процессов глобального масштаба, распространяющийся на огромные площади континентов и Мирового океана (крупные речные артерии, океанические течения, эоловые процессы и др.).
K локальному комплексу миграционных процессов седиментогенеза мы относим сравнительно ограниченные территории местности, например замкнутые лагуны, болота, озера, впадины, где в осадконакоплении обнаруживается прежде всего связь с окружающим ландшафтом. Например, повышенной карбонатностью, обусловленной выветриванием карбонатных пород, накоплением органического вещества в озерах и болотах и т. п. Для них могут быть характерны специфические биологические представители флоры и фауны, неизвестные в других ландшафтах. Образующиеся здесь литофациальные комплексы отражают указанную специфику в своем составе и строении.
Более сложными и гетерогенными являются комплексы миграционных процессов седиментогенеза, связанные с горными цепями, межгорными и предгорными впадинами. Как известно, горы и предгорья занимают на земной поверхности огромные пространства. Механические процессы переноса здесь являются господствующими. В составе продуктов седиментогенеза широко представлены грубообломочные, песчаные и на выходах в предгорные равнины суглинистые и лессовидные осадки. Перенос их и отложение связаны с делювиальными, аллювиальными, пролювиальными и коллювиальными процессами. Широко образуются фации и формации указанных отложений. В громадных толщах отложений подножий они представлены сложным комплексом гетерогенных отложений. В них видное место занимают конгломераты и сцементированные песчаники, глины. Ближе к горам отложения являются грубообломочными без ясно выраженной слоистости; дальше от гор отложения становятся тонкозернистыми и заметно дифференцированными, резче проявляется слоистость. Концентрация отложений в этом седиментационном комплексе определяется расположением горных систем и связанных с ними межгорных впадин и подножий.
В комплексе миграционных процессов седиментогенеза глобального масштаба необходимо выделять: а) ледниковые и водно-ледниковые, вызываемые континентальным оледенением; б) эвстатические (гляцио-эвстатические и текто-эвстатические), сопровождаемые изменением уровня моря и базиса эрозии; в) эоловый перенос продуктов вулканической деятельности и выветривания; г) речной перенос рыхлого материала с континентов в моря и океаны; д) перенос материала морскими океаническими течениями; е) миграция животного мира на суше и в морях; ж) космическая миграция вещества (пыль, потоки элементарных частиц и химических элементов).
Многие из названных миграционных процессов, особенно а)—г), играют исключительно важную роль в истории образования осадочной оболочки, в развитии и строении ее. Интересные сведения по этим вопросам можно найти в работе многих авторов по четвертичному периоду, палеогеографии, литологии.
В настоящее время крупные изменения в глобальные процессы миграции химического и биологического вещества вносит деятельность человека. В атмосферу и почву поступают отходы производства, особенно газы, гербициды и радиоактивные вещества, широко производится переселение из одних районов в другие животных и растительности, путем каналов соединяются речные системы, изменяется их режим и т. д. Соответственно изменяется баланс и режим вещества, участвующего в осадочных процессах. Изучение этих вопросов только еще начинается по программе «Человек и биосфера».
Зональные физико-географические факторы и условия седиментогенеза. С этим комплексом факторов, условий и процессов связаны климатические и ландшафтные типы осадочного литогенеза. В зональных условиях природы отражается ландшафтно-геохимическая среда выветривания пород, специфика подвижности химических элементов, состав продуктов выветривания, характер биомассы и др. Еще В. В. Докучаев в 1899 г. в статье «О зональности в минеральном царстве» обратил внимание на то, что влияние климата прослеживается не только в отношении почв, но и на характер минеральных образований. Он писал, что влияние климата особенно резко сказывается на характере минеральной жизни природы в распределении по земной поверхности таких легкоподвижных (легкорастворимых) соединений, как сульфаты, хлориды, азотнокислые и углекислые щелочи и их многочисленные соединения: «По мере движения от лесостепи или северных границ чернозема к приазовским, черноморским и особенно прикаспийским побережьям замечается весьма характерное, крайне последовательное изменение грунтов: они, видимо, делаются все более и более мергелистыми, все более богатыми сернокислыми, хлористыми и иными легкорастворимыми солями».
Работы К.Д. Глинки, П.А. Земятченского, А.Е. Ферсмана, К.И. Лукашева и других авторов также содержат ряд важных указаний на специфику зональных геохимических процессов выветривания и минерало-образования.
Изучение химико-минералогического состава продуктов выветривания и почв различных физико-географических зон земной поверхности многими авторами показывает, что образование, например, карбонатов и сульфатов, а также кремнезема в виде опала, халцедона и кварца свойственно областям с полусухим и сухим, теплым или жарким климатом (степь, полупустыня и пустыня); гидроокислы и окислы марганца связаны большей частью с влажным климатом независимо от температуры (равно как и «пустынный загар») в условиях кислых сред; гидроокислы железа также присущи областям с влажным климатом, причем гидрогематит чаще приурочен к условиям сильной инсоляции и сильных концентраций солей. При более влажных условиях и кислых средах процесс образования гидроокислов железа протекает интенсивнее. Важно также отсутствие значительных количеств гуминовых кислот, легко восстанавливающих и вымывающих железо. Гидрослюды образуются в условиях слабокислых сред в разных климатических поясах, большей частью в теплых, где диссоциация ионов водорода достигает больших величин: каолиниты с кислыми средами характерны для областей с влажным климатом, начиная с умеренного и главным образом в теплом и жарком (субтропики, тропики), где количество диссоциированных ионов водорода (HCO3 и органических кислот) достигает максимальной величины, особенно среди легко выщелачиваемых пород, содержащих К и Na; галлуазиты формируются в нейтральной или весьма слабокислой среде, где основанием служат ионы Ca и Mg при теплом или умеренном климате; бейделлиты и монтмориллониты (глиноземистые и железистые) связаны преимущественно со щелочными средами, существующими при полусухом и теплом климате (степи, полупустыни) среди трудно выщелачиваемых пород, содержащих Ca и Mg; гиббсит образуется в условиях тропиков и субтропиков при сильном увлажнении, преимущественно на основных породах.
Таким образом, для каждой природной зоны характерен геохимический тип типоморфных элементов и специфика их миграции и аккумуляции в продуктах выветривания и седиментогенеза. По понятным причинам наименьшей химической подвижностью элементов и их соединений характеризуются полярные области, где в ландшафте господствуют механические факторы разрушения пород; наибольшей — области влажных тропиков и субтропиков, где высокие температуры и гумидные условия благоприятствуют энергичному химическому выветриванию пород, развитию густой травянистой и древесной растительности, перемещению поверхностными водами осадков механического и химического стока.
Развивая идеи зональности природных процессов, заложенные в работах В.В. Докучаева, К.Д. Глинки, А.Е. Ферсмана, П.А. Земятченского, К.И. Лукашев выделил и охарактеризовал зональные геохимические типы и фации продуктов выветривания, положив в основу особенности геохимических процессов, подвижности элементов, типоморфные химические элементы и их соединения, а также типоморфные минералы.
По К.И. Лукашеву, под зональными типами коры выветривания понимаются сменяющиеся в пространстве продукты выветривания и седиментогенеза, характеризующиеся определенными генетическими свойствами и геохимическими процессами, протекающими специфически в разных физико-географических зонах в зависимости от совокупности и взаимодействия факторов географической среды. В истории формирования осадочной оболочки перемещение географических зон являлось одной из характерных особенностей развития ландшафтов. По К.К. Маркову, в течение четвертичного периода смещение зональных границ в лесной зоне и зоне широколиственных лесов достигало 2500 км к югу; в умеренных и субтропических 1500—2000 км. В тропической и экваториальной Африке, в пустынных областях США установлены неоднократные колебания уровня озер, отражающие влияние на эти районы плювиального и ксеротермического климата. Очевидно, и в другие геологические эпохи было также значительное перемещение зональных границ, сопровождающееся изменением ландшафтных условий осадкообразования.
Историко-геологическая направленность осадкообразования. В трактовке истории развития геохимических процессов в осадочной оболочке и их связи с развитием атмосферы, океана и глубинных частей земли в настоящее время наметились в основном две точки зрения. В работах А.Б. Ронова и других излагается точка зрения о коренных изменениях, происходивших за последние 3,5 млрд. лет в тектонических условиях осадконакопления, интенсивности вулканических процессов, составе осадочных пород, вод океана и газов атмосферы. Происходила направленная во времени эволюция типов осадочных пород и их химического состава. Следы этой эволюции запечатлелись в литологическом составе пород, минералах и рудах.
Согласно А.Б. Ронову, указанные литологические и геохимические изменения в составе и пропорции пород в осадочной оболочке сводятся к следующему: уменьшалась распространенность вулканических пород, росла распространенность карбонатов и эвапоритов, менялись типы преобладающего карбонатонакопления (сидерит —> доломит —> кальцит), увеличивалась дифференцированность терригенных осадков, снижалась роль кластогенного выветривания и возрастала химического и биогенного выветривания. Соответственно происходили изменения в химическом составе важнейших типов осадочных пород: снижение средних содержаний Na и Fеобщ, увеличение концентрации Cорг, Sсульф и Sпир, снижение величины отношения Ca/Mg, инверсионное развитие К, увеличение содержания окисного железа, сдвиг изотопных отношений кислорода и серы и др.
Из наиболее важных рубежей в эволюции состава осадочных пород и геохимических процессов А.Б. Ронов выделяет следующие, отвечающие границам: А—Pt1; Pt1—Pt2; Rf3—V; Pz3—Mz. Общей тенденцией изменений в осадочных процессах являлась эволюция состава атмосферы и океана, крупное преобразование в органическом мире, нарастающее значение осадочных процессов платформенного типа.
Другой точки зрения на развитие геохимических процессов осадкообразования, начиная с раннего докембрия (3,5 млрд. лет), придерживается А.В. Сидоренко. Согласно исследованиям А.В. Сидоренко и других, ведущие геохимические факторы осадочных процессов не изменялись существенно за последние 3,5 млрд. лет. Уже в раннем докембрии, так же как и сегодня, определяющими факторами осадочных процессов являются живое вещество, свободный кислород атмосферы, химизм поверхностных вод. Об эволюции осадочных процессов можно лишь говорить в аспекте масштабов проявления отдельных событий и их большей или меньшей роли в процессах литогенеза.
Вероятно, правильной будет следующая трактовка указанных вопросов: основными особенностями исторического развития земной коры и осадочных процессов являются сложный и многообразный поступательный ход геологических событий, в котором на разных этапах специфически проявляется теснейшая связь вещественного состава осадочной оболочки с основными тектоническими закономерностями структурного развития Земли, с климатическими и биологическими условиями. В строении и вещественном составе осадочных горных пород получили свое отражение различные по интенсивности тектонические процессы, изменение в развитии животного и растительного мира, очертаниях суши и океанов, характер геохимического взаимообмена между веществом и энергией глубин и поверхности Земли и т. п.
Для познания указанных закономерностей образования осадочной оболочки земной коры очень важным является изучение периодичности (цикличности) повторения геологических и геохимических циклов (ритмов), сходства и различий в их проявлении, в круговороте энергии и вещества и т. п.
Главная