Общая Геология 2

Рис. 14.4.3. Образование разрывного течения (сулоя) при наличии вдольбереговых течений

Разрывные течения (сулой) переносят материал от берега в море, а волны либо к берегу, либо от него. Если волна невысокая и пологая, то песок перемещается в сторону берега, потому что он перемещается в нижнем слое воды, а крутые волны, наоборот, транспортируют песок от берега.

Если волны косо подходят к берегу, то и забурунивание волн происходит последовательно, также в косом направлении, а вдольбереговые течения направлены в сторону движения волн, в то время как сулой перекрывает это течение, параллельное берегу (рис.14.4.4). Вдольбереговые течения переносят во взвешенном состоянии много материала перед зоной прибоя. Кроме того, песок и галька перемещаются по пляжу по некоторым кривым, т.к. волна набегает косо к берегу. С каждой новой волной частицы песка смещаются по пляжу все дальше и дальше. Крупные гальки и валуны перемещаются на меньшее расстояние по сравнению с мелкими гальками и песком. Наблюдения за окрашенной галькой на Черноморском пляже показали, что при слабом волнении в 3

балла, вся галька перемещается на 17-20 м за час, а отдельные гальки до 43 м/час. Самая высокая скорость перемещения материала вдоль пляжа происходит, когда волна подходит к берегу под углом 45°.

Рис. 14.4.4. Перенос песка вдоль пляжа и перемещение взвешенного материала в воде вдоль берега в зоне прибоя: 1

– берег, 2 – пляж, 3 – перемещение песка вдоль пляжа, 4 – перенос в воде взвешенного песка, 5 – зона прибоя, 6 – волны

Уровень воды вдоль пляжа не остается постоянным, а под влиянием волн либо повышается (волновой нагон), либо понижается (волновой сгон) и разрывные течения компенсируют эти неровности уровня.

Более сложная картина формирования аккумулятивных форм наблюдается в случае изрезанного рельефа берега (рис. 14.4.5).

Рис. 14.4.5. Преломление волн у берега изрезанного бухтами. Черные стрелки показывают концентрацию волновой энергии на выступах берега: 1 – суша, 2 – обрывистый берег, 3

– пляж, 4 – волны

Если у берега имеются заливы, эстуарии, то постепенно их устьевые части перегораживаются песчаным валом, как дамбой и образуется пересыпь, хорошо известная нам по Одесскому побережью. Она возникает потому, что при косом набегании волны у излома берега, как бы в зоне его “тени”, начинает накапливаться песок, образуя косу, которая удлиняясь, соединяется с другим берегом залива. Такой же процесс происходит, если недалеко от берега находится остров. Волны, огибая остров, заставляют часть пляжа как бы “вырастать” в сторону острова и, когда песчаная коса соединиться с островом, образуется перемычка, перейма или томболо (рис.14.4.6). Нередко песчаные косы выдвигаются далеко в море. Такими примерами могут быть Аграханская коса (45 км) в Каспийском море к северу от Махачкалы или Тендровая коса в Черном море, длиной до 100 км. Чтобы предотвратить размыв пляжа его укрепляют бетонными плитами (рис. 14.4.7).

Рис. 14.4.6. Формирование томболо – перемычки между берегом и островом: 1 – пляж, 2 – перемещение песка на пляже, 3 – остров, 4 – томболо, 5 – волны

Рис. 14.4.7. Защита пляжа от размывания волнами: 1 – берег, 2 – пляж, 3 – бетонные блоки, 4 – направление действия волн. Стрелки – перемещения материала на пляже

Придонные течения являются мощным фактором эрозии и переотложения осадков в глубоководных котловинах, что приводит к неполноте геологической летописи осадков и выпадению из разряда горизонтов отложений. Благодаря успехам океанологии была установлена скорость придонных течений, достигающая почти 0,5 м/с, тогда как обычная скорость глубинных течений не превышает 2 см/с. Придонные течения связаны с перемещением холодных плотных вод, которые подчиняются рельефу океанского дна и, подвергаясь воздействию ускорения Кориолиса, естественно, отклоняются в своем движении и смещаются, например, в Северном полушарии к западу, если они текут с севера на юг. Т.К. придонные течения следуют изгибам рельефа, т.е. перемещаются вдоль изобат, они называются контурными, а связанные с ними осадки - контуритами.

Перенос взвеси осуществляется двумя главными способами. Количество взвеси начинает увеличиваться примерно в 1,5 км над дном, а на уровнях 50-200 м от дна ее количество увеличивается во много раз. Непосредственно над дом в пределах первых см песчаная фракция передвигается сильными течениями с высокими скоростями.

В другом случае наблюдаются “облака” очень тонкой взвеси, названные нефелоидными слоями (облаками взвеси). Они поднимаются над дном на несколько сот метров и медленно передвигаются течениями. Концентрации частиц в нефелоидных слоях составляют в среднем 50-100 мгк/л и частицы удерживаются в них в течение недель и месяцев. Оседая на дно они могут быть снова взмучены придонными течениями.

Придонные течения вызывают образование знаков ряби, шлейфов, борозд размыва, которые раньше считали индикаторами мелководья. Эти формы донного рельефа образуются при сравнительно медленных течениях. Если скорость увеличивается, то возникают более масштабные формы рельефа - гигантские знаки ряби и волны, асимметричные в поперечном сечении, как пустынные барханы. Сторона, обращенная к направлению течения более пологая, а против - более крутая. Даже небольшие скорости заставляет перемещаться неконсолидированные песчаные или илистые отложения.

Вокеанах известны крупные аккумулятивные формы рельефа в виде волн осадков

ипесчаных валов, высота которых достигает 100 м. Например, в экваториальной части Тихого океана находятся поля высоких песчаных волн, наподобие дюн. В Северной Атлантике, южнее Исландии выявлены протяженные, до нескольких сот км, осадочные валы: Бьерн, Хаттон, Фени и другие, располагающиеся параллельно придонным течениям. Такие валы формируются между струями придонные течений, двигающихся в противоположных направлениях.

При этом максимальная концентрация взвеси приходится между двумя струями течений и там же наблюдается минимальные скорости течений, при которых взвесь может осаждаться, образуя вал, высотой в десятки метров высотой.

14.5. Эвстатические колебания уровня океана.

Уровень океана в настоящее время медленно повышается. Подъем уровня океана начался около 15000 лет назад, что было связано с усиленным таянием Скандинавского и Канадского ледниковых покровов. За это время уровень океана повысился на 130 м, перекрыв те участки суши, которые в настоящее время являются шельфом. В геологическом прошлом, как сейчас установлено, уровень океана также изменялся, то понижаясь, то повышаясь. П.Р.Вейл и другие разработали метод определения колебаний уровня океана, основанный на изучении сейсмопрофилей на пассивных окраинах. Когда уровень океана понижается, на шельфе происходит эрозия, а когда повышается - осадочные отложения перекрывают шельф, распространяясь в более мелководные участки. В разрезе осадочных толщ возникают перерывы, анализ которых на сейсмопрофилях и позволяет восстанавливать колебания уровня океана в геологическом прошлом. Поскольку объем воды в океанах за фанерозойское время, т.е. за 575 млн. лет оставался практически неизменным такие колебания уровня океана называются эвстатическими, т.е. колебаниями собственно массы океанской воды. Первая кривая эвстатических колебаний уровня океана за последние 200 млн. лет была построена П.Р.Вейлом и Матчумом в 1977 г. Самый высокий уровень океана +350 м был в позднем мелу, а самый низкий - 250- -350 м в олигоцене, 29 млн.лет назад, когда сформировался Антарктический ледниковый щит, отняв воду из океанов. Повышение уровня океана в позднем мелу было связано с ростом срединно-океанических хребтов. Изменение емкости океанических и морских впадин является одной из главных причин колебаний уровня океана в геологическим прошлом.

Важное значение имеют и гляциоэвстатические регрессии. Во время таяния последнего позднеплейстоценового ледника, начавшегося 17 тыс. лет назад, уровень океана за 10 тыс. лет повысился с отметки – 100 м почти до современного, а, начиная с 6

тыс. лет назад до наших дней уровень повышался со скоростью 4-1 м/тыс. лет. Уровень океана может меняться в результате изменения температуры, солености и плотности воды.

Например, глобальное повышение температуры воды в приповерхностном слое на 4°С вызовет подъем уровня океана за счет термического расширения на 1 м. Колебания плотности воды изменяют уровень океана не более, чем на 10 м.

Изучение эвстатических колебаний имеет большое практические значение, т.к. нефтеносные отложения формировались во время высокого стояния уровня океана, когда на обширных мелководьях накапливались осадки, богатые органическим веществом за счет планктона.

Рис. 14.5.1. Изменение уровня океана для последних 65 млн лет и распределение несогласий (главных и второстепенных) в зависимости от изменений уровня (по П.Вейлу).

14.6.Осадконакопление в океанах.

Вокеанах и морях накапливаются исключительно разнообразные осадки, роль которых в формировании земной коры во все времена была чрезвычайно велика. Масса осадочного материала – около 3,0 млрд. т ежегодно поступает в океаны. Из этой массы 85-90 % выносится речными системами, 7% - льдами, 1% - эоловыми процессами - пылевыми бурями, 1-2% дает подземный сток. При этом 80% вещества представлено твердыми частицами разного размера и 20% представляют собой растворенные вещества.

Роль биогенного осадконакопления еще совсем недавно явно недооценивалась. Сейчас установлено, что из всей массы осадков 50-65% приходится на биогенный материал и ежегодно накапливается ~ 350 млрд.т в пересчете на сухое вещество. Материал, растворенный в океанических водах, усваивается биосом, который фильтрует океанские воды. Всего полгода требуется для того, чтобы биос профильтровал через себя всю воду Мирового океана.

Накопление осадков в океанах контролируется разнообразными факторами, к которым относятся и поступление материала с суши, и климатическая зональность, характер течений, глубина бассейна, соленость, биопродуктивность поверхностных вод и другие. Распределение осадочного материала в современных океанах весьма неравномерно. Имеются участки на дне, где мощность отложений нулевая в результате размыва и, вместе с тем, на пассивных окраинах у континентального склона мощность осадков достигает 15 км. Средняя мощность осадочной толщи Мирового океана по данным А.П.Лисицина составляет 459 км. В пелагиали океанов не встречаются осадки мощностью более 1 км.

По происхождению различают океанические осадки следующих типов: 1)Терригенные, образующиеся за счет разрушения горных пород суши и

последующего их сноса реками в океаны.

2)Биогенные, формирующиеся на океанском дне за счет отмерших организмов, главным образом, их скелетов.

3) Хемогенные, связанные с выпадением из морской воды некоторых химических элементов.

4) Вулканогенные , накапливающиеся в результате извержений как на самом океаническом дне, так и за счет тефры, приносимой ветрами после вулканических извержений на суше.

5) Полигенные, т.е. смешанные осадки разного происхождения.

Существующие в современных океанах физико-географические обстановки, обусловленные глубиной и определяющие характер осадконакопления подразделяются на несколько типов (рис. 14.6.1).

Рис. 14.6.1.Области в океанах, отличающиеся разными условиями осадконакопления: 1 – литоральная, 2 – неритовая или сублиторальная, 3 – батиальная, 4 – абиссальная, 5 – литораль, 6 – шельф, 7 – континентальный склон, 8 – подножье континентального склона,

9– абиссальная зона. Земная кора: 10 – континентальная, 11 – океаническая

1.Литоральные или прибрежные осадки (литоралис, лат. - берег) образуются в приливно-отливной и прибойной зонах.

2.Неритовые или сублиторальные осадки зоны шельфа (Nerita - моллюск, широко распространенный в этой зоне) до глубин в 200, редко 500 м.

3.Батиальные осадки (батис, греч. - глубина) приурочены ко всем элементам континентального склона, включая его подножие.

4.Абиссальные осадки (абиссос, греч. - бездна) связаны с глубоководными котловинами океанов.

Это т.н. циркумконтинентальная зональность, т.е. зависимость осадконакопления от удаленности материков - главного поставщика обломочного (терригенного) материала. На характер накопления влияние также оказывает мировая климатическая зональность толщи воды в океанах, определяемая рельефом дна, стратификацией воды по солености, плотности и температуре. Все эти факторы, действующие одновременно, и контролируют современную картину накопления осадков в Мировом океане.

В прибрежной или литоральной зоне, покрывающейся водой во время приливов, формируются осадки непосредственно связанные с береговой зоной, в зависимости от строения которой они быстро изменяются про простиранию. Для этой зоны у приглубого берега характерны крупные глыбы, гравий, галька, валуны, разнозернистые пески. На отмелом берегу формируются песчаные и реже галечные пляжи. Если берега совсем низкие и затопляются высокими приливами, то образуются болотистые, заросшие травой равнины – марши, а илистые побережья – ваттами. В тропиках на низменных берегах,

затопляемых приливами, образуются мангровые заросли, корни деревьев которых возвышаются на 1-2 м над дном.

Вприбрежной зоне, подверженной деятельности волн, фауна, как правило, обладает толстыми стенками, чтобы противостоять ударам.

Вобласти шельфа или сублиторали, т.е. до глубин в 200 м, формируются разнообразные терригенные, органические и другие осадки. Вынос материала реками – главный источник поступеления терригенного материала в область шельфа, хотя какая-то его часть «проскакивает» шельф и сгружается уже на континентальном склоне. Около 93% взыешенных частиц речного стока и 40% растворенных, накапливается на границе река – море, а также в эстуариях – в т.н. маргинальных фильтрах по выражению А.П.Лисицына. Детальные исследования, проведенныых на шельфе морей Северного Ледовитого океана Институтом Океанологии РАН на судне «Дмитрий Менделеев» в 1993 г. показали, как распределяется терригенный материал и взвесь, выносимая реками (рис.14.6.2). Действие маргинальных фильтров приводит к тому, что в морях господствуют не взвешенные, а растворенные формы элементов ( в отличие от рек), потребляемые планктоном и переводимые с помощью этого механизма в биогенную взвесь. Последние исследования показали, что биогенного вещества в океане в 100 раз больше, чем терригенного, приносимого реками.

Вобласти маргинальных фильтров происходит весьма значительное накопление осадочного материала, под весом которого земная кора прогибается. Следует отметить, что глобальные колебания уровня моря в недавнем геологическом прошлом переводили рыхлые отложения шельфа и маргинальных фильтров путем процесса лавинной (т.е. очень быстрой) седиментации к подножию континентального склона, что подтверждается глубоководным бурением и геофизическими исследованиями. На основании многочисленных исследований А.П.Лисицына показано, что за пределы шельфов и маргинальных фильтров в океан проникает не более 2-16% элементов стока. Почти весь

сносимый с суши материал оседает и улавливается этими участками (фильтрами), поэтому прежние представления о механическом разносе взвешенных в морской воде частиц, снесены с суши, в настоящее время не находит подтверждения. Реальный вклад материала речного стока в осадконакопление в океане оказывается в 10 раз ниже, чем предполагалось раньше и не превышает 1,5 млрд. т в год. Следует отметить, что примерно такое же количество материала поступает в океаны за счет эолового и ледового разноса, ноконцентрируются соответственно в разных климатических аридных и полярных зонах.

Рис. 14.6.2. Маргинальные фильтры рек Енисей (1) и Оби (2) ( по А.П.Лисицыну, 2001): I - содержание взвеси на разрезе (мг/л) и положение седиментационных ловушек для инситных определений вертикальных потоков осадочного вещества: 1 – меньше 0,5; 2 – 0,5-1,0; 3 – 1,0-2,5; 4 – 2,5-5,0; 5 – более 5; 6 – горизонты установки седиментационных ловушек; II – содержание взвеси на разрезе (мг/л) и положение седиментационных ловушек для инситных измерений вертикальных потоков осадочного вещества: 1 – менее

0,5; 2 – 0,5-1,0; 3 – 1,0-2,5; 4 – 2,5-5; 5 – более 5; 6 – горизонт установки седиментационных ловушек

Глубоководное терригенное осадконакопление обеспечивается за счет разноса материалов размыва суши. Главными процессами при этом, как уже говорилось, является: транспортировка, отложение и переотложение. Кроме рек, терригенный материал

поступает в океаны за счет таяния айсбергов и попадания на дно ледниковых отложений, содержащихся в айсберге и разноса пылеватого материала эоловыми процессами. Материал, выносимый реками, как правило, сгруживается на шельфе в сублиторальной или неритовой области и редко выносится в более глубоководные батиальные области континентального склона и, тем более, абиссальных котловин. Однако, отложившийся на шельфе материал может перемещаться в более глубоководные части океана за счет сползания осадков с бровки шельфа, лавинной седиментации и, т.н. гравитационных потоков, которые возникают за счет действия силы тяжести. По выражению А.П.Лисицына материковый склон Мирового океана (350 тысю км) – гигантская фабрика гравипотоков.

В настоящее время по Г.В.Мидлтону и М.А.Хамптону выделяются 4 типа гравитационнных потоков: 1) турбидные, 2) грязекаменные, 3) зерновые и 4) разжиженного осадка, среди которых наибольшей известностью пользуется первый тип.

Турбидные потоки - это суспензия осадочного материала, отличающаяся от окружающей воды большей плотностью, которая заставляет эту суспензию двигаться в виде потока при наличии даже незначительного уклона и характеризующегося сильной

Рис. 14.6.3. Классификация подводных гравитационных потоков (по G.V.Middleton, M.A.Hampton, 1976)

внутренней турбулентностью. Турбидные потоки переносят огромные массы осадочного материала с мелководного шельфа в область континентального склона, его подножья и даже части абиссальных котловин. Турбидный поток возникает в результате оползания или срыва водонасыщенного, слабо консолидированного осадка. Обладая плотностью в 1,03-1,3 г/см3 поток плотной и тяжелой суспензии начинает двигаться вниз по склону, при этом в его утолщенной фронтальной части развивается избыточное давление, вызванное