30.04.2018

Современные и плейстоценовые доломиты


Открытие доломита в современных осадках и результаты исследования условий его залегания привели к наступлению переломного момента в понимании природы доломита, загадка которого так и не была разрешена на основании обширных исследований древних доломитовых пород. Так как современные доломиты в главе, посвященной современным карбонатным осадкам, рассмотрены лишь вкратце, включение этого обширного раздела в настоящую главу никоим образом не может рассматриваться как повторение уже пройденного материала. Кроме того, этот раздел может служить основой для объяснения примеров древних доломитов. Здесь рассматриваются также плейстоценовые доломиты, возраст которых определен по радиоактивному углероду.

Современные доломиты обнаружены в отложениях и водах сильно осо-лоненных озер и лагун и на низинах приливной зоны и прилегающих к ней равнинах. В одних и тех же обстановках были найдены как «первичные» доломиты, так и доломиты «почти одновременного замещения». Такая ассоциация показывает, что выделение частиц различного происхождения, чему раньше уделялось большое внимание, не имеет принципиального значения. Существенная роль в определении природы доломита все еще принадлежит структурному анализу породы, с помощью которого можно установить: образует ли доломит первичный остов породы, или цемент первичного осадка, или продукт замещения первичных зерен и (или) цемента? Однако определение структурного типа доломита уже не может рассматриваться само по себе.

Доломиты раннедиагенетического замещения известкового осадка образовались в тех местах, где через капилляры происходил подток морской воды, имевшей первоначально нормальную или почти нормальную соленость, кверху. Эти воды мигрировали через отложения на прибрежных низинах, расположенных вне приливной зоны, и в результате испарения становились высококонцентрированными у дневной поверхности. Возможен и противоположный процесс, а именно просачивание тяжелых рассолов вниз либо в воды бассейна, либо в интерстициальные флюиды прибрежно-морских и прибрежно-озерных осадков. Если молярное отношение Mg/Ca в рассоле становится намного выше, чем в нормальной морской воде (5/1) вследствие испарения или осаждения где-либо в другом месте углекислого и (или) сернокислого кальция, то высокомагниевый рассол может обусловить образование доломита. Различные аспекты этого механизма уже рассматривались раньше — это процесс «отлива», механизм «предварительного осаждения солей кальция», предложенный Клаудом и Барнсом, и процесс «отлива путем просачивания», предложенный Адамсом и Родесом. Обнаружение доломитов, связанных с эвапоритовыми рассолами, все более подтверждает предположения Купера и служит основой для понимания процесса обогащения магнием грунтовых вод в приливной зоне, на который обращали особое внимание Риулинг и Фэйрбридж.

Современные скопления доломита обнаружены в отложениях соленых озер в России, Южной Австралии и США. Так как в замкнутых озерных водах вода наиболее легко испаряется с поверхности, то основное внимание было уделено механизму прямого осаждения доломита из соленых озерных вод, что, очевидно,-происходит в озерах Южной Австралии. На побережьях соленых озер соли могут выпадать также в результате капиллярного испарения вод; этот механизм был предложен сначала для объяснения генезиса месторождений азотных солей в Чили и затем был продемонстрирован на примере доломита и других эвапоритовых минералов на прибрежно-морских незаливаемых низинах. Отложения доломитового каличе встречены только на побережье соленого озера в западном Техасе; дальнейшие поиски, по-видимому, приведут к обнаружению образований такого рода и в других районах.

Современные скопления доломита впервые были обнаружены в мелководных осадках Алакольского залива в восточной части озера Балхаш, Россия. Воды в участках образования доломита отличались большей соленостью, большим содержанием магния, большим pH и более высокой температурой, чем в каких-либо других участках озера. Теодорович пришел к выводу, что здесь происходит образование почти одновременного (сингенетического) доломитового осадка и доломита замещения вследствие близости растворимостей углекислого кальция и углекислого магния в соленой воде и вследствие повышенного содержания магния в растворах при более высокой солености и более высокой температуре.

Открытие современных доломитовых осадков в мелководных изолированных озерах и морской лагуне Куронг в Южной Австралии всколыхнуло геологов всего мира. Было показано, что доломит образуется в тех местах, где воды отличаются очень высокой соленостью, высоким pH и обильной растительностью. Растения извлекают CO2 из воды в процессе фотосинтеза, что приводит к повышению pH и способствует химической садке доломита. Местами наряду с доломитом выпадает магнезит. Установлено, что в зависимости от возраста осадков изменяется их минеральный состав (см. табл. 1). С глубиной повышается содержание магния, что обусловлено ежегодным обводнением эвапоритовых бассейнов и биогенным селективным извлечением углекислого кальция.
Олдермен и Скиннер отмечали, что довольно часто воды изолированных озер становятся мутными из-за примеси тонкого белого материала, который медленно осаждается на дно. Было определено, что этот суспендированный белый осадок представляет собой тончайшую смесь высокомагнезиального кальцита и кальциевого доломита. После того как образуются карбонатные осадки, а воды продолжают испаряться, осаждаются галит и сульфатные минералы. Совместно с карбонатами осаждается даже целестин, содержание которого в осадке никогда не превышает 3%. Составы кальцита и доломита, встреченных в осадках лагуны Куронг, далеки от теоретических составов, выражаемых формулами CaCO3 и CaMg (CO3)2. В виде твердого раствора в кальците присутствует некоторое количество магния, а в доломите, как правило,— кальция. Состав химически осажденного кальцита изменяется в пределах соотношений 77% Ca, 23% Mg и 98% Ca, 2% Mg, а состав доломита — 50% Ca, 50% Mg (доломит с явно стехиометрическим соотношением компонентов) и 56% Ca, 44% Mg (протодоломит). Содержание кальцита и доломита в пробах, отобранных в период активной химической садки, изменяется от почти чисто кальцитового до смеси, состоящей из равных количеств кальцита и доломита; состав же донных озерных осадков — от чисто кальцитового до смеси, состоящей из 20% кальцита и 80% доломита. В одном небольшом озере был обнаружен чистый доломит без примеси кальцита. Более хорошо раскристаллизованные и упорядоченные доломиты по сравнению с ассоциациями плохо окристаллизованных протодоломита и магнезиального кальцита встречаются в озерах, воды которых характеризуются значительно более высокими pH и отношениями Mg/Ca.

В течение двухгодичного периода было определено, что общая соленость вод изменялась от 1,6 до 18,9%. При солености 27,4% начинает выпадать галит, а растения гибнут. Однако растительность может существовать в водах с соленостью более 20%. Температура воды изменялась в пределах 10,5—28° С, а pH — 8,4—10,3. На основании определения возраста осадков по радиоактивному углероду 14C установлено, что средняя скорость накопления доломита в одном недолговечном озере составляла 0,2—0,5 мм в год.

Недавно в озерах, ассоциирующихся с лагуной Куронг, было обнаружено, что кремнистые образования выпадают химическим путем в виде желатиноподобного опалового кристобалита. Высокий pH (9,5—10,2) обусловливает здесь растворение обломочных силикатов; понижение pH (до 7,0—6,5) и усыхание озер приводят к химической садке кремнезема.

Современные доломитовые осадки были найдены в небольшой плайи, известной как озеро Дип-Спринг, которое расположено у южного окончания долины Дип-Спринг — довольно небольшого межгорного бассейна в северной части округа Инио в Калифорнии, США. Площадь плайи около 13 км2; 2/3 этой территории круглый год занято тяжелым рассолом. Озеро пополняется водой за счет (1) дождевых осадков, (2) поверхностного стока дождевых вод, (3) грунтовых вод, вытекающих из источников, приуроченных к крупному разлому на восточном берегу, (4) источников на северном берегу и (5) грунтовых вод, подтекающих снизу. Наибольшую глубину (около 30 см) озеро имеет в течение зимы и весны, а жарким сухим летом и осенью остается только небольшая масса рассола. Озерные воды имеют pH около 9,5—10,0. В табл. 2 перечислены соли, встречающиеся в этом озере (примерно в порядке их распространенности), и вмещающие осадки.
В илах большей части плайи преобладает доломит, за исключением ее самой западной окраины, где на первое место выступают кальцит и (или) арагонит. Илы имеют очень тонкозернистое сложение. Новообразованный доломит представлен разновидностью, богатой кальцием; состав и структура доломитов изменяются в пределах одной пробы и даже в пределах одной гранулометрической фракции образца. Отсутствие мельчайших кристалликов в осадках, залегающих на глубине 30—60 см, заставляет предполагать, что здесь имела место перекристаллизация минералов. В направлении от краев к центру плайи отмечается зональное распределение минералов: арагонит и (или) кальцит, доломит, гейлюсит, тенардит и буркеит. Только арагонит и гейлюсит не распространяются до центральной части озера. Определения возраста осадков методом радиоактивного углерода показали, что доломит относится по существу к современным образованиям. Допустив различные способы роста кристаллов, было вычислено, что средняя скорость роста отдельных доломитовых кристаллов составляла сотни ангстрем за 1000 лет. Согласно Джонсу, зональное распределение минералов наводит на мысль, что доломит осадился непосредственно из раствора химическим путем. Наибольшее количество доломита обнаружено в участках, которые относительно часто подвергаются обводнению.

Современные отложения доломита обнаружены на равнинах, прилегающих к приливной зоне на южном побережье Персидского залива, на Багамских банках и в южной части полуострова Флорида. Нет сомнения, что в скором времени они будут найдены во многих других низменных участках, в которых происходит интенсивное испарение и преимущественное осаждение карбоната кальция.
В районе Персидского залива испарение преобладает над осадками в течение всех сезонов года, так что его воды характеризуются повышенной соленостью, например соленость воды в одной бухте на 70% превышала нормальную соленость морской воды. Хотя гидрологические особенности Персидского залива многое дают для понимания условий образования эвапоритов, непосредственно из вод залива никакие эвапориты не осаждаются, а накапливаются на побережье залива. Современные доломитовые осадки были встречены в участках, расположенных на протяжении 900 км западного берега полуострова Катар вдоль побережья Договорного Омана до оконечности Оманского полуострова (фиг. 1). Вода в лагунах у мелководных участков залива обычно отличается высокой соленостью; еще большая соленость отмечена в интерстициальных водах прибрежных отложений. Лагуны и мелкие заливы у западного берега полуострова Катар отделены от основной массы вод Персидского залива полосой шельфа, простирающегося на многие километры в длину при глубине не более 4 м. Высота прилива здесь составляет около 1 м. Соленость вод в лагунах 4,5—5,5%; замерялась на глубине 1/10 высоты суточного прилива. Содержание хлора 30—35 г/л. Сходные прибрежные лагуны и заливные низины простираются к востоку до Оманского полуострова на расстояние около 400 км. Воды лагун в этом районе имеют pH = 8,0. В сторону суши в лагунах выделяются зона прилива, водорослевая низина и незаливные низины, известные под названием себкх (sebkhas); ширина их достигает 11 км. В отложениях водорослевых низин и себкх присутствуют горячие сильносоленые и слабокислые интерстициальные воды. В табл. 3 приведены параметры этих вод из различных участков.

Среди минералов отложений заливных отмелей, водорослевых низин и себкх присутствуют арагонит, кальцит, доломит, гипс, ангидрит и галит; содержание и характер распределения минералов различны на различных участках. Арагонит преобладает в пеллетовых илах и песках на нижних заливных равнинах полуострова Катар. Его содержание повышается в отложениях верхних заливных равнин. Доломит появляется в самых верхних участках этих равнин в полосе, расположенной между уровнями суточного и сизигийного прилива; в сторону суши содержание доломита возрастает. В отложениях себкх в сторону суши наряду с доломитом появляется все больше эвапоритовых минералов, а еще дальше, за пределами этих отложений, они вытесняют доломит. К более типичным эвапоритовым минералам относятся гипс на полуострове Катар, ангидрит и галит в отложениях себкх около Абу-Дхаби, где в одном коротком образце керна не было обнаружено гипса; гипс, ангидрит и галит находятся в других образцах отложений около Абу-Дхаби.

На полуострове Катар доломитсодержащие осадки имеют консистенцию густого ила. В верхней части разреза отложений себкх мощностью 30—60 см арагонит замещен микрокристаллическим доломитом, образующим ромбоэдрические кристаллы диаметром 1—5 мк, здесь же встречаются крупные (до 12,7 см в диаметре) кристаллы гипса. На глубине от 60 до 100 см отложения представлены арагонитовыми илами и пеллетовыми скоплениями, не содержащими доломит и гипс. Определение возраста двух доломитовых образцов по радиоактивному углероду дали 2670 и 3310 лет.

Доломит, ангидрит, гипс и галит встречаются выше уровня грунтовых вод (который расположен на глубине 1,3 м ниже поверхности себкх) в районе Абу-Дхаби. Ангидрит встречается в виде прожилков, линз и слойков конкреций в отложениях, залегающих выше уровня высокого прилива; он не был обнаружен ни в одной из лагун, ни в осадках, расположенных в приливной зоне. Некоторые ангидритовые прожилки секут слоистость в средней части разреза вмещающих осадков, что указывает на их диагенетическое происхождение. В отложениях у Абу-Дхаби также широко развиты гипсы нескольких генераций; гипс встречается как на осадках себкх, так и под водорослевыми покровами высоких заливных равнин. Многие гипсовые кристаллы содержат местные пойкилитовые вростки кристаллов арагонита и кальцита и зерен кварца. Галит встречается в виде цемента между зернами кварца.

Доломит, ангидрит и гипс встречаются также на побережье Договорного Омана в отложениях себкх выше уровня высокого прилива; здесь, как и в районе Абу-Дхаби, ангидрит встречается лишь выше уровня грунтовых вод. Ангидрит замещается гипсом на участках себкх, расположенных со стороны суши, где менее соленые грунтовые воды способствуют процессу гидратации.

Доломит обнаружен также в современных карбонатных осадках на западном берегу острова Андрос на Багамских банках. Он принадлежит преимущественно к пеллетовым известково-илистым осадкам, подстилающим водорослевые скопления по краям мангрового болота в Уайд-Опенинг. Во время отбора образцов глубина воды составляла 5—8 см, а температура (замеры не производились) значительно превышала температуру ближайших более глубоких вод. Уровни прилива и отлива не замерялись, так что неизвестно, относится ли это проявление доломита к типу, приуроченному к приливной зоне (как это было бы в том случае, если водный покров был бы связан с обычными суточными колебаниями уровня), или к типу, относящемуся к «незаливной» зоне (если бы водный покров был связан со штормовым прибоем или другим необычным явлением и он был бы выше уровня обычной полной воды).

На обширных участках западного побережья острова Андрос за последние 5000 лет образовались доломитовые осадки мощностью до 150 см. Эти осадки содержат до 80% поверхностных и близповерхностных пеллетовых илов, отложенных в незаливной полосе и расположенных в нескольких сантиметрах выше уровня высокого прилива в местах, где обычно развиты водорослевые скопления и встречаются трещины усыхания ила и ходы червей. Доломитсодержащие отложения покрывают участок площадью в сотни квадратных километров. Содержание доломита возрастает в более литифицированных отложениях: частично доломит замещает раковины гастропод и пеллеты. Доломит залегает в виде единого «коркоподобного» слоя, верхняя поверхность которого напоминает старое асфальтовое дорожное покрытие. Ассоциации доломитовых образований с трещинами усыхания ила, строматолитами, пятнами ходов роющих животных и будинажеподобными текстурами напоминают черты многих древних доломитов (см. раздел о распространении доломитов). По-видимому, как и в отложениях себкх на побережье Персидского залива, генезис доломита связан с капиллярным просачиванием и испарением концентрированных интерстициальных рассолов, которые зародились из обычной морской воды. Однако на Багамских банках не встречено ангидрита, гипса или галита.

Доломит обнаружен также в осадках Флоридского залива; однако определение возраста доломитовых кристаллов, отобранных из современных осадков, по радиоактивному углероду дало более 35 000 лет, что заставляет предполагать привнос этих кристаллов из более древних доломитов. Современные доломитовые осадки встречены во многих местах в южной части полуострова Флорида. Они обнаружены также в карбонатных отложениях отмели Крейн-Ки во Флориде; эти отложения состоят из высокомагнезиального кальцита (47%), доломита (23%) и арагонита (19%) (Фридмен, неопубликованные данные).

Рассмотренные прибрежно-морские современные доломитовые осадки и эвапоритовые минералы позволяют представить в общих чертах механизм, путем которого соленость морской воды может увеличиться даже при отсутствии «типичных» условий концентрации эвапоритов в незамкнутых водных бассейнах. Интерстициальные воды в этих осадках зарождаются из морской воды с нормальной или почти нормальной соленостью. Однако вследствие высокой температуры и преобладания испарения над осадками интерстициальные воды просачиваются вверх сквозь пористые прибрежные отложения и испаряются у дневной поверхности, что приводит к увеличению концентрации солей в неиспарившейся воде. Этот механизм идентичен механизму образования каличе в почвах. В результате может образоваться только единственный «эвапоритовый» минерал — доломит, как это имеет место на Багамских банках и на Флоридском полуострове, или «более» типичные эвапоритовые минералы, такие, как ангидрит, гипс или галит, встречающиеся наряду с доломитом или близ него, подобно отложениям себкх на побережье Персидского залива. Для образования таких «каличе-подобных» доломитов требуется только наличие прибрежных пористых отложений, которые не обязательно должны состоять из карбонатных частиц, преимущественное просачивание морской воды кверху через эти отложения и непрерывное поступление морской воды через пористый остов прибрежных осадков. Обнаружение доломитового каличе в западном Техасе служит подтверждением того, что посредством такого процесса доломит может образоваться и в неморской обстановке. Этот же механизм, названный «капиллярной концентрацией», уже рассматривался раньше Мюллером и предлагался им для объяснения генезиса месторождений азотных солей в Чили. Эксперименты Мюллера показали, что химические осадки из растворов, которые перемещались вверх под действием капиллярных сил, могут иметь зональное распределение в соответствии с величинами их растворимости. Хотя Мюллер рассматривал этот механизм конкретно в отношении континентальных эвапоритов и связывал его с влиянием склонов, он, по-видимому, имеет место и в прибрежно-морских обстановках с равнинным рельефом. Можно было бы получить интересные результаты, если повторить опыты Мюллера с применением морской воды и более пологих склонов на дневной поверхности.

Можно ожидать различные стратиграфические соотношения в толщах осадков, которые зависят от связи между скоростью погружения, скоростью местного поступления осадка и скоростью образования доломита. В ходе погружения, компенсируемого местным накоплением осадков и образованием доломита, прибрежные отложения будут просто наращиваться сверху и в сторону суши, образуя базальные трансгрессивные доломиты незаливной зоны. Если погружение станет очень интенсивным, базальные трансгрессивные доломиты незаливной зоны окажутся погребенными и перекрытыми недоломитовыми, прибрежными, мелководными морскими карбонатными отложениями. Такие базальные доломиты, вероятно, распространены в тех местах, где моря, отлагавшие карбонатные осадки, трансгрессировали на прилегающие участки суши; эти базальные отложения не обязательно будут представлены конгломератами, как это предполагалось для начальных отложений трансгрессирующих морей.

Однако комплекс отложений водорослевых отмелей и незаливных равнин может распространяться в сторону моря и перекрывать осадки заливных низин и лагун подобно полуострову Катар. Здесь осадочная толща состоит из базальных лагунных карбонатных отложений, которые перекрываются органогенными известковыми илами и известковыми песками, отложенными в приливной зоне. Последние в свою очередь перекрываются строматолитовыми водорослевыми известняками. Толща венчается доломитовыми осадками, образовавшимися на незаливных равнинах. В случае медленного погружения в течение такой боковой миграции прибрежных зон осадконакопления в сторону моря образующиеся стратиграфические толщи будут перекрывать одна другую по направлению к морю, т. е. в направлении, прямо противоположном распространению трансгрессивной серии себкх. В таких условиях будет увеличиваться не только ширина себкх, но и мощность характерных для нее отложений.

В отложениях приморской равнины на южной оконечности острова Бонайре, Малые Антильские острова, встречаются мельчайшие кристаллики доломита (размером около 2 мк) (возраст по радиоактивному углероду 1480 ± 140 и 2190 ± 150 лет со времени образования), образовавшиеся путем замещения осадков карбоната кальция. Доломит обнаружен здесь в большей части отложений и в некоторых корках содержится в количестве до 95%. Хотя образование этих корок не связывалось с процессом капиллярной концентрации вод на незаливных равнинах, описания условий их залегания все-таки наводят на мысль, что такой процесс, возможно, имел место. Испарение в изолированных озерах и заводях, окруженных гребнями коралловых построек, повышало соленость вод и обусловливало содержание арагонита и гипса; отношение Mg/Ca в этих изолированных озерах поднималось до 30:1 при уменьшении содержания кальция. Расчеты баланса вод и осадков озера Пикилмир — самого крупного из этих озер — свидетельствуют о том, что плотный рассол просачивался вниз через подстилающие осадки. Явления, связанные с этим предполагаемым просачиванием рассола, богатого магнием, вниз Деффейе и соавторы непосредственно не изучали, так что пока не было показано, что этот процесс мог обусловить образование современных доломитов. Вместо этого аргументы этих авторов в защиту предложенного механизма основываются на а) приуроченности современных доломитов к южному побережью острова (которое, вероятно, представляло незаливную равнину), б) на определениях и расчетах параметров рассолов в современных заводях на южном побережье острова и указаниях на просачивание рассолов вниз из этих заводей и в) на применимости концепции просачивания рассола вниз к более древним плейстоценовым доломитам, приуроченным к поверхности стратиграфического несогласия на северном побережье острова.

Такое просачивание рассолов вниз было рассмотрено Адамсом и Родсом как процесс «отлива путем просачивания». Несмотря на то что возможность существования этого процесса в природе была подтверждена результатами исследования прибрежных осадков острова Бонайре, еще не было представлено фактов, свидетельствующих о формировании таким путем современных доломитов. Легко предугадать, что эти факты скоро появятся. Адамс и Родс считают, что испарение перекрывающей водной массы приводит к образованию плотного рассола, который вытекает наружу по дну. Если этот обратный сток по дну (отлив) рассола прекращается, рассол неизбежно стекает вниз в виде интерстициального потока через пористые подстилающие карбонатные осадки. Этот рассол, очевидно, был активным агентом доломитизации осадков.

Фридмен изучал распространение и генезис плейстоценовых доломитов в грабене Солт-Флат, простирающемся вдоль границы округов Хадспет и Калберсон в западном Техасе, США, на расстояние около 80 км от гор Апаче на юге за пределы границы штатов Техас и Нью-Мексико на севере. Этот грабен образовался в позднетретичное время и был заполнен плейстоценовыми и современными отложениями. Средняя ширина грабена — 17,6 км; мощность отложений окончательно не установлена. Скважины, пробуренные в центральной части грабена до глубин 404 и 375 м, не вскрыли полностью плейстоценовые отложения; однако, судя по другим скважинам, заложенным ближе к границам грабена, мощность отложений изменяется от 1,5 до 36 м. Поверхностные отложения этого комплекса состоят из гипса, галита, кальцита и доломита и подчиненных количеств арагонита и самородной серы. Изучение керна верхней части отложений мощностью 1 м, отобранных из профиля, простирающегося поперек грабена, указывает на то, что доломит встречается на стратиграфически устойчивых уровнях. Одна зона наиболее насыщенных доломитом отложений встречается близ шоссе 62 на глубине 40,8—51 см ниже поверхности в центре бассейна; к краям бассейна эта зона опускается глубже. Другие доломитовые слои приурочены к глубинам 61—71,2 и 86—91,5 см.

Отложения, составляющие верхние 37 см разреза или около этого, имеют бурую окраску, что указывает на окислительные условия. Ниже этого уровня чередуются отложения бурого и серого до черного цвета, причем последние свидетельствуют о восстановительных условиях. Эти отложения включают тонкие прослойки рыжевато-коричневой и серой окраски. Чередование разноцветных отложений обусловлено различиями в их минеральном составе. Тонкослоистые пласты мощностью 4—16 см состоят преимущественно из гипса, галита, включают местные скопления кальцита, арагонита или доломита и небольшие количества терригенного кварца и полевого шпата в виде прослоев мощностью от одного миллиметра до нескольких сантиметров. Прослои серовато-черных отложений мощностью 4—5 см состоят из доломита и прерывистых линз серы с небольшим количеством кальцита. Характерный черный цвет этих прослоев с доломитом позволяет использовать их в качестве маркирующих горизонтов. Однако на дневной поверхности черная окраска этих отложений исчезает в течение одного месяца в результате окисления.
Определения абсолютного возраста по радиоактивному углероду дали цифру 5840 ± 400 лет для образца кальцита и арагонита из поверхностного слоя древних озерных донных осадков и 20 300 ± 825 лет для кернового образца чистого доломита, отобранного с глубины 89 см.

Доломитсодержащие породы образуют твердые подпочвенные пласты; когда они разламываются на кусочки при бурении или проходке канав, со свистящим звуком выходит сероводород. Несмотря на то что черная окраска этих отложений заставляет предполагать в них большее, чем в других слоях, содержание органического углерода, аналитические определения дают всего 0,11—0,37% Cорг и свидетельствуют о том, что в других слоях Cорг содержится не меньше этого количества. Следовательно, темная окраска отложений должна быть обусловлена примесью сульфидов железа. Ассоциация доломита, сероводорода, сульфидов железа и самородной серы наводит на мысль, что в этих отложениях происходило разложение гипса. По-видимому, здесь можно провести аналогию с отложениями Мертвого моря, в которых гипс превратился в кальцит в результате бактериального восстановления сульфата с выделением сероводорода, часть которого реагировала с растворенным железом с образованием сульфида железа — черного красящего пигмента. Считают, что самородная сера соляных куполов образовалась в результате разложения гипса или ангидрита сульфатвосстанавливающими бактериями.

Восстановление первоначального минерального состава отложений грабена Солт-Флат свидетельствует о прямой зависимости между повышенным содержанием доломита и пониженным содержанием гипса и между содержаниями галита и кальцита.

По сравнению со слоями с меньшим количеством доломита или без него доломитовые прослои в грабене Солт-Флат отличаются повышенным содержанием тяжелых изотопов (см. табл. 4).
Другие исследования изотопных составов показали, что в континентальных обстановках при отсутствии испарения карбонатные минералы обычно обогащены более легкими изотопами углерода (13C) и кислорода (16O). Однако испарение вод способствует концентрации более тяжелых изотопов 13C и 18O вследствие предпочтительного удаления легких изотопов в виде CO2. Поэтому повышенные содержания тяжелых изотопов в слоях, обогащенных доломитом, свидетельствуют об интенсивном испарении вод.

Результаты исследования изотопного состава отложений Мертвого моря указывают на то, что арагонит включает более тяжелые изотопы, а кальцит — более легкие. Эти данные заставляют предполагать, что арагонит формировался в условиях интенсивного испарения, а кальцит — как побочный продукт бактериального разложения гипса. Образование кальцитовых слоев в грабене Солт-Флат и в Мертвом море связывается с деятельностью бактерий, использовавших более легкие изотопы из первичного источника углерода. Поэтому тяжелый изотопный состав доломита отражает концентрацию изотопов в рассолах, а более легкий состав кальцита — процессы бактериального фракционирования изотопов.

Чередование двух разновидностей отложений, накопившихся в плейстоценовом озере в грабене Солт-Флат, вероятно, отражает сезонные колебания климата, как и в случае осадков Мертвого моря. Однако следует обратить внимание на то, что между отложениями этих двух районов имеется существенное различие. В отложениях Мертвого моря кальцитовые части слоев образовались за счет первичноосажденного гипса. Напротив, в озерных отложениях грабена Солт-Флат соответствующие слои включают гипс, который не подвергся превращению в кальцит, хотя здесь широко развит кальцит неясного происхождения (хемогенный или органогенный). Черные прослои включают доломит и продукты бактериального восстановления сульфат-ионов гипса: самородную серу, сульфиды железа и H2S; некоторое количество кальцита, возможно, также образовалось в результате бактериальной деятельности. Хотя предполагается, что доломиты грабена Солт-Флат по условиям образования аналогичны арагонитам в отложениях Мертвого моря, доломита больше всего в прослоях, в которых гипс подвергся разложению, а не там, где интенсивного разложения не было, что характерно для арагонита отложений Мертвого моря. Если это сопоставление между доломитом и арагонитом справедливо, то возникает вопрос: почему в отложениях грабена Солт-Флат образовывался доломит, а в осадках Мертвого моря арагонит? Вероятно, определяющим фактором генезиса того или иного минерала было отношение Mg/Ca в рассолах, о чем свидетельствуют рассмотренные раньше условия формирования современных доломитов в прибрежно-морских обстановках. Мертвое море имеет большую глубину, чем Техасское озеро, и лишено прибрежных низин; судя по анализам, отношение Mg/Ca в водах Мертвого моря такое же, как и в нормальной морской воде. Плейстоценовое озеро в грабене Солт-Флат было мелководным, но ничего нельзя сказать о величине отношения Mg/Ca в водах во время образования доломита. Однако, судя по данным, полученным при изучении некоторых мелких водоемов этого района, можно предполагать, что, по крайней мере местами, воды обогащались активнее магнием, чем кальцием.

Можно также предположить, что доломиты грабена Солт-Флат образовались за счет замещения хемогенного арагонита сразу или вскоре после его осаждения. Некоторые авторы на основании данных изотопных анализов отрицают возможность хемогенной садки доломита непосредственно из воды и считают, что все доломиты образовались метасоматическим путем, даже те доломиты, которые были обнаружены в белых взвесях в озерах Южной Австралии.

Плейстоценовые неконсолидированные доломиты встречаются в озерных отложениях ледникового озера Бонвилл близ Нолса в Юте в пустыне Большого Соленого озера. Бонвильские озерные осадки состоят преимущественно из галита и сернокислого кальция. Считают, что эти соли осадились из остаточной массы воды, которая отделилась от Большого Соленого озера при снижении его уровня от максимальной отметки (1566 м) до предельной отметки 1287,4 м, находившейся на 6,4-6,7 м выше среднего уровня озера в исторически обозримое время. После отшнуровывания озеро Бонвилл полностью высохло. Скважинами вскрыты слои, сложенные кальцитом, арагонитом, доломитом и кварцем, а также почти чисто арагонитовые слои. На глубине 30 см встречен тонкий слой, представленный в основном неконсолидированными доломитовыми кристаллами диаметром несколько микрон. Этот доломит имеет плохо упорядоченную структуру, хотя параметры его элементарной ячейки соответствуют параметрам нормального доломита; возраст доломита, определенный по радиоактивному углероду, составляет 11 300 ± 250 лет со времени образования. В более близких к берегу участках на той же глубине, на которой встречается доломит в удалении от береговой линии, найдены арагонит и магнезит.

В этом же районе скважинами были вскрыты отложения, состоящие из чередующихся темных и светлых слоев. Содержание доломита в темных слоях изменялось от 30 до 50%, тогда как в светлых оно не превышало 10% и обычно составляло только 2—5% общего количества карбонатов. Такое распределение доломита по слоям сходно с его распределением в описанных выше отложениях грабена Солт-Флат. Определения содержаний изотопов углерода и кислорода, выполненные Дегенсом и Эпштейном, не показали никаких различий между слоями светлых и темных осадков и между сосуществующими доломитом и кальцитом. Эти данные вызывают недоумение в свете четко выраженных различий в изотопном составе между слоями темных и светлых отложений грабена Солт-Флат и между арагонитовыми и кальцитовыми слоями в отложениях Мертвого моря.

В отложениях древних плювиальных озер в западном Техасе встречаются чистый хорошо упорядоченный доломит со стехиометрическим соотношением компонентов возрастом от 17 400 ± 600 до 37 000 лет, гипс и целестин. Эти отложения предшествовали максимальному развитию Висконсинского оледенения. Примечательно присутствие хорошо упорядоченного доломита, так как большинство современных и плейстоценовых доломитов, исключая некоторые австралийские отложения, характеризуется протодоломитовым составом.

Плейстоценовые доломиты встречаются в отложениях озера Эйр — тектонической впадине, известной под названием бассейна озера Эйр и представляющей самую низменную часть Австралийского континента. Этот бассейн окружен различными положительными формами рельефа; он образовался в результате движений по позднекайнозойским тектоническим разломам. Это наиболее засушливый район Австралии, хотя в него стекают воды с территории площадью свыше 1 300 000 км2, так что образуются многочисленные плайи. В центральной части бассейна в плейстоцене отложились гипситы — осадки, большей частью состоящие из кристаллического гипса. Гипситы клинообразно переслаиваются с широко развитыми пресноводными известняками, которые содержат доломит. Известняки представлены многими разновидностями: от темно-зеленовато-серых микрокристаллических слабо доломитовых пород южнее озера Эйр до желтоватобурых крупнокристаллических кавернозных доломитовых известняков с многочисленными отпечатками тростника и трав близ района, известного как Коуорд-Спрингс. В центральной части бассейна обнаружены плиоценовые и миоценовые доломиты и доломитовые глины. В настоящее время отсутствуют сведения о каких-либо детальных минералогических исследованиях отложений бассейна озера Эйр, однако видно, что распределение различных осадков здесь сходно с характером распределения осадков в других доломитсодержащих карбонатных озерных отложениях.

Плейстоценовые доломиты встречаются также в осадках Северно-Тивериадского бассейна грабена долина Иордан — Мертвое море в Израиле. Этот бассейн также обладает замкнутой водосборной системой, как и грабен Солт-Флат, озеро Эйр и другие межгорные бассейны.

Многие годы геологов озадачивало отсутствие доломита в типичных современных морских карбонатных отложениях. Так как доломит менее растворим, чем кальцит и арагонит, естественно предполагать, что он будет легко осаждаться из обычной морской воды. Однако ионы магния подвергаются гидратации, т. е. окружаются оболочкой из молекул воды, и в таком виде с трудом могут входить в состав кристаллических веществ. Поэтому растворы должны стать пересыщенными, чтобы из них могли осаждаться магнийсодержащие кристаллы. Доломит осаждается только тогда, когда гидратация задерживается, т. е. в условиях высокой солености, высокой температуры и большой концентрации ионов магния. При достижении таких условий в природной или лабораторной обстановке начинает осаждаться доломит.

Появляется все больше данных о том, что глинистые минералы могут вести себя как катализаторы при формировании доломитов; при этом они могут служить источником ионов магния или мембранами, влияющими на характер миграции ионов. Глинистые минералы могли обеспечить потребность в магнии хотя бы частично; кроме того, они могли воздействовать как центры зарождения кристаллов при участии в химических реакциях, сопровождавшихся образованием доломита как одного из продуктов.





Яндекс.Метрика