11. Как действует механизм химической дифференциации осадочного вещества? к образованию каких пород она приводит?

Химическая дифференциация

совокупность геохимических процессов, происходящих в гидросфере, приводящих к избирательному переходу растворенных веществ в твердую фазу в зависимости от изменения температуры, давления и др.

12. Диагенез. Характеристика. Диагенетические минералы, причины их возникновения.

Диагенез.

Осадок, накопившийся на дне водоема или на поверхности суши, обычно представляет собой неравновесную систему, состоящую из твердой, жидкой и газовой фаз. Между составными частями осадка начинается физико-химическое взаимодействие. Активное участие в преобразовании осадков принимают обитающие в иле организмы.

Во время диагенеза происходит уплотнение осадка под тяжестью образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекри­сталлизация. Взаимодействие составных частей осадка между со­бой и окружающей средой приводит к растворению и удалению неустойчивых компонентов осадка и формированию устойчивых минеральных новообразований.   Разложение отмерших животных организмов   и   растений  вызывает   изменение окислительно-восста­новительных и щелочно-кислотных свойств осадка. К концу диагенеза жизнедеятельность бактерий и других организмов почти пол­ностью прекращается, а система осадок — среда приходит в равно­весие.

Продолжительность стадии диагенеза из­меняется в широких пределах, достигая десятков и даже сотен тысяч лет. Мощность зоны осадка, в которой протекают диагенетические преобразования, также колеблется в значительном диа­пазоне и, по оценке большинства исследователей, составляет 10— 50 м, а в ряде случаев, по-видимому, может быть и больше.

Превращение осадка в породу. Диагенез

Отложением осадка не заканчивается образование осадочной породы. Осадок должен пройти еще через одну фазу своего развития прежде, чем он превратится в нее. Разнообразные частицы, обломочные и выпав­шие из раствора, оказавшись вместе в осадке, попадают в новую среду, зачастую очень отличную от той, в которой они выделились из материн­ской породы при ее выветривании. Здесь нередко снова возникает про­тиворечие между ними и окружающей средой (Пустовалов [8]). Эта среда может быть еще богата кислородом и углекислотой, т. е. главными фак­торами выветривания, а среди выпавших зерен может оказаться доста­точное число еще неразложившихся материнских алюмосиликатов. Чаще здесь наблюдается недостаток кислорода, и соединения, окислив­шиеся во время выветривания или переноса, подвергаются снова вос­становлению. Величина рН здесь часто иная. Если осадок отлагается в море, то сама среда является совершенно своеобразной, представляя собой сложный реактив — раствор различных солей, который может , вступать в химическое взаимодействие с осадком. Составные части осадка имеют не только разное происхождение, но и разный состав, и между ними также зачастую начинаются химические реакции. В тот же осадок погружены организмы — маленькие химические лаборатории, не­прерывно вырабатывающие новые реактивы (СO2, NНз, H2S) и тем самым резко меняющие химизм среды. После смерти их скелеты и тела, равно как и тела организмов, живущих в верхних частях воды, скопляются на дне и, разлагаясь, снова становятся очагами химических реакций. Илоядные, иногда кишащие на дне. часто целиком пропускают весь осадок сквозь свой кишечник, раздробляя, перемешивая и меняя его. Среди выпавшего: осадка много гелей. Они постепенно те­ряют воду, дегидратизируются, даже находясь еще под водой, уплотняются, и кристаллизуются («стареют»).

Под воздействием перечисленных разнообразных и иногда противо­положных факторов, 'меняющихся по мере перекрытия осадка новыми его порциями, он должен изменяться, как и в процессе выветривания, но менее энергично. Одни из слагающих его минералов перекристаллизовываются с растворением маленьких кристаллов и ростом больших; другие переходят в более устойчивые разности; третьи растворяются или разлагаются, а вместо них возникают новые минералы. Закисные соеди­нения переходят в окисные, а при перемене условий — снова в закисные. Осадок твердеет вследствие: 1) дегидратации и «старения коллоидов», 2) перекристаллизации и 3) выделения в порах новых веществ, цементи­рующих его целиком или отдельные его участки, что: ведет к образова­нию конкреций. Цементация, впрочем, отнюдь не является непременным результатом диагенеза. Известны породы очень древние, оставшиеся совершенно рыхлыми, тогда как в некоторых условиях осадок, выпа­дая, сразу образует твердые слои (Бермудские острова, Бразилия, глу­боководные твердые «корки»).

Иногда сама основная первоначальная масса осадка может быть за­мещена новым веществом. На месте известкового ила мы можем найти пласт кремня, без следов СаСОз; на месте органического диатомового ила — твердую опоку без следа организмов и с зернами глауконита, образовавшегося в осадке. Отождествлять состав такой породы с соста­вом первоначального осадка очевидно нельзя.

Для обозначения этих процессов, превращающих осадок в породу, уже давно употребляется термин «диагенез». Этот термин у нас широко распространен, но, к сожалению, пользующиеся им иногда плохо представляют себе объем и пределы тех явлений, которые им охватываются. Между тем в иностранной литературе разные геологи вкладывают в него различное содержание. Впервые применивший его Гюмбель. употребил его для обозначения процессов, приведших к образованию гнейсов, т. е. в смысле, совершенно ином, чем тот, в каком он стал применяться позже. Другие авторы применяли его либо для обозначения' всех пере­численных изменений как осадка, так и уже готовой породы, либо су­живали его понимание в разной мере, вплоть до исключения вообще всех более существенных химических изменений, ограничивая его лишь, явлениями растворения и перекристаллизации.

Твенхофел ограничивает понятие диагенеза теми химическими и мо­лекулярными изменениями, которые происходят в осадке до его окаме­нения, и исключает те позднейшие изменения, которые могут произойти в осадочном образовании после того, как оно будет поднято и подвер­жено, действию подземных вод метеорного происхождения.

При такой обезличенности термина всего лучше было бы отказаться от него вовсе. Однако, поскольку замены мы еще не имеем, мы будем продолжать им пользоваться, понимая под ним все изменения, которым вообще может подвергнуться осадок до его превращения в породу, и уточняя его прибавкой «диагенез первичный» или «диагенез осадка».

Что касается определения того момента, когда осадок можно считать закончившим свой, превращение в породу, то, конечно, этот момент яв­ляется очень условным. Определение Твенхофела недостаточно уже по­тому, что не учитывает существования континентальных осадков; что же касается морских отложений, то вряд ли целесообразно, считая го­товой породой вышедший из-под уровня воды осадок, прикрытый не­сколькими метрами более молодого осадка, не считать породой образо­вание, не поднятое над уровнем воды, но прикрытое толщей в несколько километров вышележащих осадков. Учитывая это, мы будем считать готовой породой всякий осадок, перешедший в положение, резко отличное от того, при котором он отлагался, и не подверженное более действию тех факторов, влияние которых он испытывал на месте своего отложения. Для морены это будет окончательный уход ледника, для озерного осадка — осушение озера, для морского — поднятие над уровнем воды или погребение под очень мощной толщей осадков.

Порода, образованная таким путем, вступает в более спокойную по­лосу своего существования, но не кончает своих изменений.

Залегая под толщей вышележащих свит, она подвергается огром­ному одностороннему давлению, которое сказывается на ее строении (текстуре); в ней зачастую идет соответственная ориентировка многих более подвижных компонентов, нарождаются плоскости пластовых отдельностей, идет растворение менее устойчивых участков и пластов и иногда вдавливание одних слоев в другие. Воды и содержащиеся в них раство1ры, проникая по трещинам и капиллярам в породы, выщелачи­вают одни минералы и выделяют другие, образуя конкреции, доломитизируя или раздоломичивая части пластов, выщелачивая или отлагая карбонаты или кремнезем, цементируя или расцементовывая участки по­род. Коллоидальные осадки продолжают дегидратизироваться и кри­сталлизоваться, неустойчивые модификации продолжают переходить в более устойчивые минералы и т. д.

Все эти процессы, протекающие несравненно более медленно, чем процессы первичного диагенеза, как это отмечено Пустоваловым, мы будем называть явлениями «позднего диагенеза», «диагенеза породы» или «эпигенеза». Они продолжаются до того момента, пока порода, вследствие поднятий и эрозии вышележащих толщ, приблизившись к по­верхности, не сделается добычей энергично действующих сил поверхностного выветривания (или, пользуясь термином Ферсмана, «гипергенеза»), изучением которого мы начали эту главу.

Из сказанного видно также, что и осадок и даже порода не являются чемто неизменным. Это не навеки застывший кусок “мертвой” породы. Порода вечно развивается и меняется в зависимости от меняющейся окружающей ее обстановки. Рассматривая образец породы, взятый в_обна­жении, мы видим не нечто окончательное, а лишь один из моментов непрерывно продолжающегося процесса ее изменений, которые не пре­кращаются Даже в образце, положенном с этикеткой в музейный шкаф. Первоначальный состав и первые изменения породы, вызванные сменой условий среды, через которые она прошла, могут оказаться совер­шенно стертыми в условиях последней среды, но часто в большей или меньшей степени сохраняются. В этих случаях они могут дать много интересных сведений, важных для восстановления истории страны или условий образования осадка.

Из сказанного видно также, что осадочная порода представляет со­бой не нечто однородное, а сложное единство, построенное из разнород­ных и разновременных составных частей. В ней могут присутствовать; 1) реликтовые (обломочные) минералы, неизмененные обломки материн­ской породы, например, кварц, циркон, турмалин кристаллических по­род; 2) минералы — непосредственные продукты разложения первичных минералов: группа глин, слюд, хлоритов и др.; 3) чистые новообразова­ния, среди которых можно различить: а) новообразования сингенетиче­ские— продукты первичного диагенеза (фосфориты, пирит, глауконит и др.), б) новообразования эпигенетические — продукты диагенеза по­роды (пирит, кварц).

Понятно, что один и тот же минерал мыслим часто и как реликтовый, и как продукт разложения, и как новообразование, сингенетическое и эпигенетическое. Таков, например, кварц, который может оказаться во все[х категориях.

Не установив происхождения составных элементов породы, их воз­никновения в тот или иной этап ее жизни, нельзя правильно, ее опреде­лить и, тем более, ее понять, а следовательно, и использовать для науч­ных выводов и для поисков полезных ископаемых.

Приняв окремнелый известняк за кварцит, осадочные новообразова­ния кварца в известняке за песчинки, эпигенетический пирит за сингене­тический, выделения arnica или соли в трещинах за сингенетические образования, мы направим по ложному следу и геолога и поисковика и можем оказаться «виновниками крупных ошибок.