04.03.2021

Условия формирования морских углеродистых отложений в различные геологические эпохи


Углеродистые образования занимают важное место среди морских и океанических отложений. Исследования последних десятилетий значительно уточнили ту позицию, которую эти, существенно обогащенные органическим веществом (OB), осадки занимают в фациальном спектре эпикоптинентальных и окраинных (котловинных) морей, зон переходов от континентов к океану, а также абиссальных равнин океана. Все более проясняется роль климатических факторов, в том числе глобальных циркуляционных процессов в атмосфере и Мировом океане, определявших масштабы эвстатических колебаний уровня вод, интенсивность действия поверхностных и придонных течений, широту распространения явлений апвеллинга.

Анализ накопленных к настоящему времени знаний о локализации обстановок формирования морских углеродистых отложений приводит к выводу о тесной связи этих последних с зонами перехода от континента к океану, точнее, с материковыми окраинами. Дело в том, что именно на окраинах континентов существуют условия, благоприятные не только д ля накопления OB в осадках, но и для сохранения его на последующих этапах литогенеза. Огромная протяженность материковых окраин, благоприятный тектонический фон (общая тенденция к прогибанию) на многих участках, а также поступление значительных количеств питательных веществ, приносимых как с суши, так и из глубин океана, — все это обусловило широкое распространение и разнообразие углеродистых отложений на границе между континентальной и океанической стратисферой. Впрочем, строение материковых окраин весьма многообразно. Нередко они характеризуются совершенно противоположной направленностью развития тектонических движений. Поэтому неверно было бы рассматривать любую окраину как область преимущественного накопления углеродистых отложений.

Динамика тектоносферы во многом определяет объемы выносимой с континента взвеси, пути ее распространения, а следовательно, и состав накапливающихся осадков, скорости седиментогенеза и условия сохранения осадочных образований. Поэтому необходимо рассматривать отдельно обстановки формирования углеродистых отложений в зонах перехода с пассивным и активным тектоническим режимом. На пассивных окраинах происходит сложение материала, поступающего с континента, т. е. терригенного, и вещества, рожденного в толще вод океана, иначе, биогенного. На активных окраинах к этим двум источникам добавляется еще и третий — вулканический, который во многих регионах приобретает, особенно в некоторые эпохи, едва ли не основное значение. Xeмогенная садка вещества становится заметной лишь в специфических условиях зон регионального апвеллинга да в некоторых прибрежно-морских обстановках, например на прибрежных сабкхах или в мелких лагунах. Лишь на отдельных этапах эволюции материковых окраин хемогенные отложения оказывались важнейшим компонентом разрезов осадочных толщ (например, на ранних этапах раскрытия Атлантического океана).

Среди пассивных окраин материков наибольшим многообразием фациальных обстановок отличаются окраины пенепленизированных участков кратонов, примером которых в современную эпоху являются атлантические окраины Северной Америки, Аргентины и Сенегала, а также окраина Австралии в Южном океане и др. Детальное описание материковых окраин этого типа, как и фациальную характеристику осадков, можно найти в ряде работ. Здесь отметим лишь несколько важнейших черт, свойственных зонам перехода этого типа. Это прежде всего огромная ширина шельфа (250—350 км) и прибрежной равнины (150—200 км); наличие многочисленных эстуариев, в которых оседает большая часть приносимого с суши терригенного кластического материала; формирование протяженных береговых баров, которые отчленяют от шельфа значительные участки литорали и сублиторали, превращающиеся в приливно-отливные равнины; активность волновых процессов, приводящих к многократному перемыву и переотложению осадков открытого шельфа; широкое распространение подводных каньонов, по которым осуществляется основной перенос и перераспределение взвеси с шельфа в глубоководные части окраины.

Важнейшей зоной, с которой связано формирование углеродистых отложений на окраинах пенепленизированных кратонов, являются отшнурованные барами приливно-отливные равнины. Песчаные острова — бары — защищают их от прямого воздействия штормовых волн и океанской зыби. Через проходы между барами на равнины периодически устремляются морские приливные течения, которые по разветвленной сети приливных русел распространяются по всей их площади. Относительная изолированность от океана наряду с периодическим притоком свежих вод (в том числе паводковых и дождевых вод с суши), несущих питательные вещества и препятствующих возникновению застойных явлений, — все это превращает приливно-отливные равнины в своего рода питомники, где в зависимости от климатических условий могут бурно развиваться различные формы организмов. В составе макрофациального комплекса приливно-отливной равнины наибольший интерес представляют так называемые соляные марши, высокие и низкие, — своего рода приморские заливные луга, затопляющиеся в приливы и осушающиеся в отливы. Помимо них, можно выделить фации приливных русел, прирусловых валов, небольших или обширных участков, не осушающихся во время отливов. Для каждой из упомянутых обстановок типичны своеобразный состав осадков, специфические текстурные признаки и характерные органические компоненты.

Так как окраины пенепленизированных кратонов расположены в различных климатических поясах, состав отложений и типы биоценозов, встречающихся на приливно-отливных равнинах, значительно меняются. В умеренных широтах это преимущественно терригенные кластические образования: на соляных маршах — песчано-алевритовые осадки, в неосыхающих впадинках — глинисто-алевритовые и/или алевритовые илы, в приливных руслах — пески, а в составе прирусловых валов — пески с включениями гальки и гравия. В семиаридных зонах кластический терригенный материал уступает место биогенно-детритусовому карбонатному. Преобладающими типами осадков здесь становятся глинисто-карбонатные и карбонатные (биоморфно-детритусовые, оолитовые, пеллетовые пески и алевриты, тонкоотмученные глинисто-карбонатные илы с интеркластами и т. д.) отложения, превращающиеся после захоронения в различные типы известняков, иногда доломитизированных. В аридной зоне на осушаемой части приливно-отливных равнин в поровом пространстве карбонатных осадков формируются кристаллы гипса, доломита, иногда даже галита. В один из последующих приливов они частично растворяются, но в ряде случаев, например при осаждении в так называемых эфемерных озерах, способны захороняться.

Важнейшей особенностью приливно-отливных равнин является концентрация в осадках значительных количеств органических остатков. В умеренном климатическом поясе это остатки галофитов, высших травянистых растений, корни и стебли которых обогащают глинисто-алевритовый матрикс. В результате образуются отложения, близкие по типу к торфяникам, с содержанием органического углерода (Cорг) от 2—3 до 15—18% и более. Наивысшие концентрации OB характерны для осадков соляных маршей, в составе которых вместе с корнями и стеблями галофитов находятся компоненты фито- и зоопланктона, бентосных организмов и бактерий.

Соляные марши, которые расположены в пределах приливно-отливных равнин, протягиваются вдоль почти зсей атлантической окраины США, результатом чего является образование почти сплошного пояса углеродистых осадков. Благодаря колебаниям уровня океана комплексы описанных выше обстановок мигрируют либо к кромке шельфа, либо в глубину суши. При этом углеродистые отложения частично размываются, но в большинстве своем оказываются погребенными под слоем более молодых морских либо континентальных наносов. Вследствие этого за период времени в несколько десятков — сотен тысяч лет на окраине формируется широкая полоса близких по составу отложений, регионально обогащенных Cорг.

Совершенно уникальные углеродистые отложения накапливаются в обстановках приливно-отливных равнин в аридных зонах, примером которых в современную эпоху является лагуна Куронг на южной окраине Австралии. Здесь в полосе приливов и сверхприлива аккумулируются остатки Botryoccocus braunii — бурой водоросли, способной концентрировать в себе огромное количество жировых веществ, спасающих ее от высыхания в период длительного осушения приливно-отливных площадок. После отмирания остатки водорослей образуют густую темную массу, которая после уплотнения и литификации трансформируется в горючие сланцы типа торбанита или тасманита. Эти образования встречаются в ассоциации с известняками, доломитами и редкими эвапоритами — отложениями приливно-отливных равнин и пересыхающих озер. Миграция во времени этих обстановок реализуется в виде комплекса регионально обогащенных OB карбонатных и карбонатно-глинистых отложений.

Интересно, что если в умеренных и тропических широтах на окраинах пенепленизированных кратонов накапливается в основном OB гумусового состава, то в осадках аридных зон абсолютно преобладает типично сапропелевое OB.

Важными зонами накопления углеродистых отложений являются окраины авлакогенов. Это области развития региональных зон дробления, протягивающиеся в глубь континента, к которым приурочены зоны устойчивого и длительного прогибания. Co многими окраинами этого типа связаны крупные речные системы, и именно на этих участках происходит разгрузка основного объема взвеси, выносимой в океан. В мезозойско-кайнозойское время здесь возникли наиболее мощные линзы отложений преимущественно глинисто-песчано-алевритового состава. Наиболее известными участками такого рода на современных окраинах материков являются дельты Нигера, Амазонки, Нила, Конго, Лимпопо и др.

Дельтовые и авандельтовые осадки, как правило, регионально обогащены OB смешанного гумусово-сапропелевого (алино-арконового по Вассоевичу и др.) типа. В пределах вновь образующихся намывных участков выдвигающихся в сторону океана дельт широкое распространение получают озерно-болотные обстановки, огражденные от моря заливы и лагуны и описанные выше приливно-отливные площадки. Heпpeкращающееся поступление приносимых речной и морской водой биогенных соединений, а также флокуляция органо-глинистых агрегатов в зоне смешения пресных и соленых вод стимулируют широкое развитие организмов-фильтраторов. В тропиках обширные участки дельт покрыты мангровой растительностью. И хотя концентрации Cорг в осадках здесь редко превышают 2—4%, огромная мощность формирующихся на описываемых участках окраин осадочных толщ делает их важными узлами накопления углеродистых отложений.

На продолжениях речных русел в подводной части окраины зачастую расположены крупные каньоны, по которым осуществляется перенос огромного количества терригенной и биогенной взвеси. Периодический сход подводных лавин, при котором образуются высокоплотностные суспензионные течения, приводит к развитию подводных конусов выноса, иначе, глубоководных фэнов. В составе этих конусов формируются циклично построенные комплексы отложений: песчаников с градационной слойчатостью, алевритов и алевритовых глин со следами течения и оползания, глин, завершающих единичные циклиты — наиболее мелкую единицу на шкале различных типов повторяемости в разрезе этих подводнодельтовых формаций. Средние, а иногда и верхние слои в составе таких циклитов во многих случаях оказываются обогащенными OB. Как правило, это гумусовый (арконовый) материал, перенесенный в глубоководную часть окраины при перемыве дельтовых и приливно-отливных отложений. Содержание Cорг может подниматься в подобных осадках до 4—6%. Протяженность же горизонтов, регионально обогащенных органическим материалом, достигает многих десятков и даже сотен километров. Примером могут служить подводные конусы Инда или Нила. Черные, обогащенные OB глинистые и алевритово-глинистые илы были обнаружены на материковом подножии Африки в Гвинейском заливе. И в данном случае их появление можно связать с переотложением древних дельтовых и авандельтовых образований в эпохи крупных эвстатических колебаний уровня моря (плейстоцен), когда вслед за регрессией море начинало продвигаться в сторону суши, размывая на своем пути недавно отложенные дельтовые и авандельтовые осадки.

Взвесь, выносимая крупными реками, разносится вдольбереговыми поверхностными течениями на огромные расстояния. Так, влияние взвеси р. Инд прослеживается на тысячи километров южнее его устья. Вместе с глинистыми частицами преимущественно хлорит-гидрослюдистого состава вдоль континентального склона п-ова Индостан разносится и тонкий органический детрит. Однако формирование углеродистых отложений с концентрациями Cорг от 5 до 10% в данном случае определяется не столько растительным детритом, выносимым с суши р. Инд, сколько остатками фитопланктона, массовому развитию которого в поверхностных водах этого района способствует региональный подъем глубинных вод, обязанный действию муссонов.

О роли апвеллинга в формировании не только углеродистых осадков, но и целого парагенеза своеобразных отложений говорится в специальной статье, помещенной в книге 1 данного сборника. Здесь же следует подчеркнуть лишь следующее. Региональный подъем глубинных вод, иначе апвеллинг, приурочен как к пассивным, так и активным окраинам материков, расположенным в районах с пассатным или муссонным типом атмосферной циркуляции. В современную геологическую эпоху зоны апвеллинга находятся в пределах окраин эпиплатформенных орогенных сооружений (окраины Западной и Юго-Западной Африки, Индостана) или активных окраин в Тихом океане (окраина Перу или Калифорнии).

Углеродистые отложения зон регионального апвеллинга — наиболее яркий пример взаимодействия литосферы, гидросферы и биосферы в зонах перехода от континента к океану. Здесь формируются комплексы высокоуглеродистых отложений — горючих сланцев с горизонтами фосфоритов, глауконититов, кремнистых и терригенно-(либо карбонатно-) кремнистых пород, обогащенных редкими землями.

Еще один тип пассивных окраин, широко представленных в наше время, — это упомянутые выше окраины эпиплатформенных орогенных сооружений. Специфическими чертами таких окраин являются обрывистые побережья, многочисленные выходы скальных пород в прибрежной части шельфа, относительно крутой материковый склон, отороченный не очень широким материковым подножием. В ряде районов к указанным признакам следует добавить обилие узких извилистых заливов — фьордов (Скандинавия) либо лагунообразных бухт, заполненных речными пли приливными осадками (Восточная Австралия). Формирование углеродистых осадков в умеренных или субтропических широтах в данном случае связано именно с полуизолированными участками моря, где возникают застойные условия либо образуются неширокие приливно-отливные площадки, заселенные высшей, в том числе мангровой, растительностью (залив Баунд Саунд в Восточной Австралии). Отмирание высшей растительности либо фитопланктона приводит к накоплению углеродистых илов с высоким содержанием Cорг. В некоторых фьордах Скандинавии последнее достигает 10—12% (алиновое OB). В тропическом поясе преобладает, по-видимому, гумусовое (арконозое) OB.

В последнем случае глинистые углеродистые илы с концентрациями Cорг = 3—5% могут накапливаться и на открытых участках шельфа на глубинах от 40—50 до 80—100 м (аравийская окраина п-ова Индостан). Образование органического материала происходит, вероятно, в пределах литорали, занятой манграми. Черный углеродисто-глинистый ил, в который погружены корни мангровых деревьев, обнажается во время отливов. В отличие от окраин пенепленизированных кратонов эти отложения не защищены от действия волн и зыби. В периоды редких штормов и ураганов часть черного ила смывается в океан и оседает в прибрежной части шельфа. Вместе с OB гумусового ряда в монтмориллонитовых и каолинитовых глинистых илах этой зоны концентрируются остатки фитопланктона и других морских организмов. Поэтому здесь формируется, по-видимому, алиново-арконовый тип углеродистых илов, которые протягиваются широкой полосой от Камбейского залива вдоль Малабарского побережья Индии, занимая площадь примерно 15— 20 тыс. км2.

Значительно беднее морскими углеродистыми отложениями активные окраины материков. Помимо осадков зон регионального апвеллинга (окраины Перу и Калифорнии), обогащенные OB образования известны в устьях небольших рек; на соляных маршах вдоль внутренних участков небольших заливов и лагун; в узких, напоминающих фьорды заливах (Сааниш в Британской Колумбии). В этом отношении более благоприятные условия для накопления OB складываются в сложнопостроенных зонах перехода от континента к океану, в состав которых входят островные вулканические дуги и отгороженные ими от океана окраинные моря. Региональное распространение углеродистые отложения здесь получают в вершинах глубоко вдающихся в сушу заливов (Амурский залив в Приморье) и у подножий материковых склонов в глубоководных впадинах окраинных морей (Берингово, Японское и Восточно-Китайское моря). Правда, содержания Cорг в упомянутых выше случаях редко превышают 2—3%. В остальном можно говорить о мозаичном распределении осадков с локально повышенными концентрациями OB (например, во впадине Кариако, расположенной за Антильской вулканической дугой).

Совершенно особыми обстановками седиментогенеза характеризуются внутренние котловинные моря, являющиеся реликтами древнего океана Тетиса либо возникшие в результате схождения древних литосферных плит. Речь идет о Черноморской впадине и впадине Ионического моря, позднечетвертичная и голоценовая история которых изобиловала эпизодами нарушения обычной циркуляции вод, результатом чего было возникновение сероводородного заражения осадков и толщи вод. В условиях повышенной биопродуктивности поверхностного слоя этих бассейнов в осадках халистаз и материковых склонов накапливались тонкие пропластки сапропелей с содержанием Cорг от 5 до 22%. Природа подобных явлений достаточно полно раскрыта Н.М. Страховым. Следует лишь подчеркнуть определенную уникальность подобных событий, обусловленных благоприятным сочетанием многих тектонических и климатических факторов.

В эпиконтинентальных морских бассейнах, которые в периоды крупных морских трансгрессий занимают обширные площади на древних и молодых платформах, накопление углеродистых осадков приурочено, как и на окраинах пенепленизированных кратонов, к огражденным барами приливно-отливным равнинам, широко распространенным в настоящее время вдоль голландского участка побережья Северного моря. Нередко перемыв и переотложение более древних прибрежно-морских комплексов отложений приводили к региональному обогащению аллохтонным OB осадков центральных частей эпиконтинентальных морей.

Благодаря изучению осадков современных материковых окраин в последнее время появились достаточно надежные критерии для воссоздания обстановок аккумуляции древних углеродистых образований. Вследствие этого стало возможным не только распознавать фациальные условия формирования указанных отложений, но и через них определять состояние древних материковых окраин. Иначе говоря, появилась возможность выделять тот или иной из упомянутых выше типов пассивных и активных окраин. Исследования такого рода гораздо легче проводить на фанерозойских объектах. Однако в последнее время предпринимаются попытки понять историю накопления различных до-кембрийских осадочных формаций, анализируя особенности их строения через призму современных знаний о развитии материковых окраин.

Безусловно, что основная масса углеродистых отложений прошлого формировалась в зонах широкого взаимодействия литосферы, гидросферы и биосферы, которое, как показывает современный опыт, реализуется главным образом в пределах материковых окраин. Уже сегодня мы в состоянии выделять не только древние зоны апвеллинга, но и комплексы отложений глубоководных конусов выноса, системы приливно-отливных равнин и т. д. Так, в настоящее время можно с достаточной долей уверенности говорить о том, что так называемые параллические угленосные формации, получившие широчайшее распространение в позднем палеозое, являются в значительной части отложениями соляных маршей и были приурочены либо к окраинам пенепленизированных кратонов в гумидных поясах климата, либо к внутриплатформенным эпиконтинентальным водоемам. Однако и до появления высшей наземной растительности области приливно-отливных равнин были освоены жизнью. Можно предположить, что за промежуток времени, прошедший с момента происхождения жизни, указанные экологические ниши последовательно занимали те или иные группы организмов, так как именно здесь (а также в зонах регионального апвеллинга) существовали почти идеальные условия для их развития и размножения. Образовывавшиеся углеродистые осадки нередко избегали последующего размыва вследствие общей тенденции к прогибанию, характерной для большинства материковых окраин.

В раннепалеозойское время приливно-отливные равнины, по-видимому, были зоной обитания граптолитов, а в аридных поясах — бурых водорослей. Граптолиты вытеснили какую-то другую группу низших растений и сопутствующих им организмов, заселявших приливно-отливные равнины в позднем докембрии. Возможно, что это были цианобактерии либо красные водоросли. Нельзя исключать и того, что именно отсюда, из области распространения соляных маршей, растения начали осваивать сушу. Дело в том, что именно здесь, в зонах периодического осушения, могли впервые потребоваться растениям ткани, обладающие опорной функцией. Частое же смешение соленых и пресных вод подготовило некоторые из растений к жизни в пресноводных водоемах. В эпохи до появления фотосинтеза приливно-отливные равнины, вероятно, долгое время оставались зонами обитания хемосинтезирующих бактерий.

Таким образом, углеродистые отложения древних окраин пенепленизированных кратонов, которые, несомненно, имели широчайшее распространение в геологическом прошлом, формировались за счет накопления остатков разных групп организмов и, следовательно, должны иметь неодинаковый состав OB. Лишь в аридных зонах уже в позднем докембрии в описываемых обстановках, возможно, утвердились бурые водоросли. Изучение углеродистых отложений докембрия с актуалистических позиций может привести не только к лучшему пониманию условий формирования этих образований, но и позволит лучше понять геологическую историю континентов и обрамляющих их окраин.





Яндекс.Метрика