23.03.2018

Геохимический синтез осадконакопления


По нашему мнению, в конце настоящего исследования, посвященного выветриванию кристаллических пород, целесообразно кратко обобщить геохимические данные, касающиеся экзогенных процессов, останавливаясь главным образом на двух основных вопросах: 1) на вопросе о генетических соотношениях между процессами почвообразования и осадконакопления и 2) на вопросе об общем распределении катионов в поверхностной среде, а также происхождении глинистых минералов.

Генетические соотношения между процессами почвообразования и осадконакопления
. Экспериментальная установка, на которой можно было воспроизвести цикл воды и которая была использована при изучении процессов выветривания, удобна для исследования связи между почвенными и осадочными процессами.

Прежде всего она позволяет получить самые исчерпывающие сведения о процессе почвообразования, причем не только о твердой остаточной фазе выветривания, но и о жидкой фазе — фильтрате, содержащем подвижные соединения. В природных средах эта фаза недоступна для изучения. Прибор дает также возможность провести изучение процессов аккумуляции, напоминающих процессы осадочного цикла, которые происходят при постоянном упаривании и повышении концентрации растворов, фильтрующихся через кристаллические породы. Это очень существенно, так как известно, что на поверхности Земли поровые воды всегда содержат большее или меньшее количество растворенных примесей, источником которых служили те породы, через которые эти воды фильтровались. Выбранная нами экспериментальная установка очень удобна для выяснения генетических соотношений между процессами искусственного выветривания и процессами экспериментального осадкообразования.

Нормальные почвенно-климатические явления. Подобные процессы происходят в гумидных областях, т. е. на контакте с воздухом атмосферы и под действием метеорных вод, содержащих то или иное количество природных реагентов.

В самом общем случае дождевые воды отличаются сравнительной чистотой; они могут содержать углекислый газ, но всегда в очень небольшом количестве (2—5 мг/л). Процессы выветривания, развивающиеся в этих условиях, характеризуются полным сохранением железа и алюминия в горизонтах выветривания, а фильтрат состоит главным образом из SiO2 и катионов оснований, соотношение которых изменяется в зависимости от температурных и гидрологических факторов среды.

Если эти факторы действуют интенсивно, осуществляется аллитизация. При этом происходит настолько сильный вынос кремнезема, что параметр L фильтрата всегда оказывается выше параметра R исходной породы. В этом случае растворы выветривания настолько обогащаются SiO2, что их можно отнести к категории кремнистых вод.

При менее интенсивных термогидрологических условиях выветривания происходит сиаллитизация; при этом более или менее значительная часть первичного кремнезема удерживается в горизонтах выветривания. В растворах разложения содержится менее значительное количество SiO2, чем в растворах аллитного выветривания, и равновесие кремнезема и катионов оснований несколько нарушено. В этом случае существенным компонентом растворов становятся катионы оснований и в особенности кальций и магний, а воды выветривания можно отнести к категории кальциево-магниевых.

Когда атмосферные воды просачиваются через еще не разложенную гумусовую подстилку (например, в бореальных областях), они быстро насыщаются органическими кислотами. Выветривание под действием таких растворов обусловливает процессы подзолообразования, характеризующиеся полным выносом алюминия и железа. Растворы выветривания в этих условиях содержат все первичные компоненты породы, но ведущая роль среди них принадлежит полуторным окислам. В результате такого выветривания возникают кислые растворы алюможелезистого состава.

Таким образом, трем основным типам почвообразовательных процессов, по-видимому, соответствуют совершенно определенные три типа фильтратов выветривания.

В предыдущем разделе мы уже рассматривали вопрос о характере новообразованных продуктов, возникающих при концентрировании фильтратов определенного состава. Кремнистые растворы дали образования, очень богатые кремнеземом; таким образом, они вызывали осадочный процесс силификации. Кальциево-магниевые воды дали начало магнезиальным глинистым минералам в ассоциации с карбонатами. Здесь осуществлялся процесс образования аутигенных глинистых минералов. Воды алюможелезистого состава в результате приводили к образованию более или менее чистых гидроокислов железа, т. е. вызывали процесс осадочного накопления железа.

Все вышеизложенные данные приведены в табл. 151 и 152, где, кроме того, сделана попытка сопоставить на генетической основе почвенные и осадочные процессы. Полученные нами результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Процессы континентального подзолообразования и аллитизации по своей геохимической сущности противоположны. В табл. 152 отражены соотношения между элементами остаточной и подвижной жидкой фаз, а также между почвенными и осадочными новообразованиями, связанными с этими двумя типами выветривания.

2. Континентальная сиаллитизация геохимически представляет собой более спокойный процесс, в эпиконтинентальных бассейнах осадконакопления и в океанах ему соответствует аутигенное глинообразование. Перераспределение и взаимодействие кремнезема и структурных катионов (Al — Mg) в процессе формирования слоистых силикатов (глинистых минералов) на поверхности Земли приобретают поистине гигантские масштабы.

Таким образом, можно представить существование своего рода геохимического баланса между остаточной и вынесенной фазами выветривания, когда каждому почвообразовательному процессу соответствует определенный процесс осадконакопления. В этом случае с каждой зоной почвообразования, развитой на определенных кристаллических породах, должен ассоциировать определенный ландшафт осадконакопления, или, другими словами, приуроченность различных экзогенных процессов к определенным климатическим зонам должна быть по-настоящему универсальной.
Палеоклиматические явления. Роль записного железа в процессе осадконакопления. Рассмотрим генезис некоторых растворов, богатых кальцием, магнием и двухвалентным железом. Здесь идет речь не о кислых растворах подзолового выветривания, содержащих все железо и алюминий исходной породы, а о водах разложения кальциево-магниевого типа, в которых алюминий полностью отсутствует. Такой фильтрат был получен в лаборатории в опытах с углекислыми и сероводородными растворами. Он представлял собой кальциево-железисто-магнезиальный раствор, в котором отношение SiО2/(Mg — Fe)О было настолько хорошо уравновешено, что немедленно начиналась кристаллизация железо-магнезиальных (или железистых) разбухающих глинистых минералов типа 2:1, ассоциирующих с карбонатами или с сульфатами кальция. С лито логической точки зрения мы имели в этом случае дело с одной из разновидностей железосодержащих образований, которые встречаются в природе в составе некоторых осадочных железистых руд (например, лептохлоритовые фации).

Как же сопоставить этот тип осадконакопления с почвенно-климатическими явлениями? Связать данный процесс с воздействием H2S, который не входит в состав атмосферы, невозможно, так как такие резко сероводородные условия развиваются узко локально, в областях современного вулканизма. Что касается воздействия содержащегося в атмосфере CO2, то его концентрация в настоящее время столь мала, что он не может оказывать серьезного влияния на подобные процессы. Поэтому остается лишь предположить (если считать, что процесс осадочного образования железистых глинистых минералов связан с почвенно-климатическими явлениями), что в более древние эпохи по сравнению с настоящим временем атмосфера была богаче углекислым газом. По данным экспериментальных исследований, осадочные накопления железистых глинистых минералов должны быть связаны с почвенными процессами аллитного типа (генезис чистых бокситов) или даже с процессами каолинитового типа. Во всяком случае, в настоящее время процесс осадочного образования железистых глинистых минералов, по-видимому, не должен быть более эффективным, чем процесс континентальной бокситизации.

Общее распределение катионов в поверхностной оболочке Земли и проблема происхождения глинистых минералов. В результате изучения физикохимического поведения основных элементов литосферы они были разделены на три группы по величине ионного потенциала z/r (табл. 133 и фиг. 51):
Было установлено, что кремнезем и катионы оснований присутствовали в растворах при любых физико-химических условиях и во всех случаях могли выноситься с подвижной фазой выветривания. Естественно, их вынос происходил с различной скоростью в соответствии с природой катиона и интенсивностью термогидрологических факторов. Наоборот, динамика поведения амфотерных катионов четко определялась физико-химическими особенностями среды выветривания. В одних случаях они сохранялись в горизонтах выветривания, в других полностью выносились.

Мы видели, что в обычных условиях разложения, т. е. при действии климатических факторов (вода — температура), амфотерные катионы накапливались на месте непосредственно в процессе выветривания. Это подтвердили и статистические исследования Полынова по данным Кларка об относительной подвижности основных элементов литосферы (табл. 153).
В природной среде, как правило, наблюдается следующее распределение элементов:

- остаточная фаза почвообразования содержит Al2O3 и Fe2O3 (SiO2);

- подвижная (или осадочная) фаза включает катионы оснований и кремнезем.
Если подойти к проблеме распределения элементов с кристаллохимической точки зрения, то их можно классифицировать по-иному, используя тот же ионный потенциал:
Элементы второй группы играют большую роль в эволюции минерального состава. Например, такие катионы, как алюминий и магний, являются главными компонентами двух основных групп глинистых силикатов, известных на поверхности Земли: магнезиальных триоктаэдрических глинистых минералов и алюмосодержащих диоктаэдрических глинистых минералов.

Сопоставление кристаллохимической и физико-химической классификаций показывает, что поле структурных катионов (2,0 < z/r < 9,5) делится на две части линией, соответствующей ионному потенциалу z/r = 3,0. Это означает, что некоторые структурные катионы могут быть вынесены при процессах выветривания (z/r < 3,0), тогда как другие сохраняются на месте (z/r > 3,0). Так, магний оказывается в первой группе (структурный катион фильтрата), а алюминий — во второй (структурный катион остаточной твердой фазы).

По этой причине в природной среде алюмосодержащие глинистые минералы и гидроокислы алюминия, по-видимому, должны возникать исключительно в условиях почвообразования (остаточная фаза выветривания), тогда как магнезиальные глинистые минералы должны кристаллизоваться по истечении некоторого количества времени в водной среде (подвижная фаза разложения). Чаще всего магнезиальные глинистые минералы представляют собой новообразования, формирующиеся в бассейнах седиментации, в то время как алюмосиликатные глинистые минералы обычно приурочены к континентальным условиям и являются образованиями элювиального типа.

Таким образом, геохимический метод оказался очень полезным при изучении вопросов формирования и распределения глинистых минералов в биосфере. Это позволяет надеяться, что в дальнейшем его можно будет с успехом использовать для решения более общих вопросов, особенно касающихся происхождения и распространения глинистых осадков на поверхности Земли.





Яндекс.Метрика