Геология четвертичных отложений / КУРС ЛЕКЦИЙ / QUARTER LAST

вин KCl. Боратные озера известны на Тибете, в Гималаях, Андах и Прикаспии. В их питании участвуют подземные воды, в том числе и термальные, а большую часть отложений составляет бура Na2 (B4O7)·10H2O.

Контрольные вопросы

§Перечислите факторы озерного осадконакопления.

§Каков отличительный текстурный признак озерных отложений?

§Какие фации выделяются в озерных накоплениях?

§Какими отложениями представлены озерные накопления Беларуси?

§Каковы особенности солеродной седиментации?

13. 5. Болотные отложения

Болотом называют избыточно увлажняемый участок суши, покрытый гидрофильной растительностью. Формирование болот и специфика протекающего в них осадконакопления определяются климатом, рельефом, геологическим строением территории, растительностью. В том случае, когда заболачивание сопровождается торфонакоплением, возникают торфяные болота. Толщина слоя торфа в них должна превышать 30 см, если же она меньшая, то избыточно увлажненные территории называют заболоченными землями.

Болотами на Земле занято около 2 млн. км2, а торфяные залежи – массивы торфа, мощностью более 0,5 м – распространены на территории свыше 1,75 млн. км2. В пределах Беларуси современные торфяники охватывают примерно 12,5 % площади, их средняя мощность составляет 1,9 м, а наибольшая достигает 12 м в массиве Ореховский Мох в Узденском районе [6].

Главным результатом геологической работы болот является накопление торфа. Это позволяет, по мнению Г. С. Ганешина, относить болотные отложения к фитогенному подтипу биогенного генетического типа и класса отложений [20]. С другой стороны, сам факт накопления торфа в водной среде (в застойных водоемах суши) нисколько не противоречит правомерности выделения генетического типа болотных накоплений в составе водного ряда (табл. 12). Тем более что в болотах, помимо торфа, образуются и другие осадки, в том числе минеральные.

Торф – органогенная горная порода от желто-коричневого до черного цвета, состоящая из растительных остатков, разлагавшихся в условиях высокой влажности и дефицита воздуха. Следовательно, состав торфа зависит от состава растительности, а значит, от климата, от происхождения болота и от его типа по местоположению и условиям

41

образования. Главное значение в торфообразовании принадлежит процессам биохимической гумификации, осуществляемым микроорганизмами. Процентное содержание возникающего при этом гумуса характеризует собою степень разложения торфа. Последний показатель увеличивается вниз по разрезу во всех типах торфяников и определяет структуру и текстуру торфа. Вниз по разрезу возрастает также плотность торфа, а его окраска становится темнее. Среднегодовая скорость прироста торфяников составляет около 1 мм, хотя этот показатель может сильно колебаться, в зависимости от местных природных условий.

Структура торфа изменяется от биоморфно-детритусовой, волокнистой при низкой степени разложения торфов, до аморфной при высокой. Содержание влаги в невысушенном торфе достигает 80 – 95 %, а доля минеральных веществ (зольность) колеблется в пределах 2 – 4 % в верховых торфяниках и 4–18 % в низинных [15].

Текстура торфа, как правило, пористая и неслоистая. Пористость изменяется от нескольких процентов при высокой степени разложения до 70 – 80 % при низкой.

По происхождению болота бывают озерными и лесо-луговыми. Соответственно условиям образования, они различаются составом отложений, а также выраженностью в рельефе.

13. 5. 1. Отложения озерных болот

Озерные болота возникают при зарастании водоемов. В зависимости от конкретных условий (минерального состава вод, режима питания, состава растительности и др.) их можно разделить на пресноводные и приморские.

∙ Пресноводные озерные болота появляются в результате дис-

трофии озер (рис. 43). Водоем зарастает от берегов к центру травянистой растительностью, укореняющейся на дне озера, а также растениями, плавающими по поверхности. Среди отложений господствуют травяные торфа. В зависимости от формы озерной котловины, процесс заболачивания приобретает некоторые особенности.

Озера с полого погружающимися берегами зарастают укореняющимися травами. Травы распределяются по глубине, образуя концентрические полосы. В прибрежной мелководной зоне, глубиной до 1 м, в озерах умеренных широт произрастают осоки, рдесты, ситник, стрелолист и др. Дальше от берега, на глубине до 2–3 м, распространены

42

камыши, тростники. Еще глубже (4–5 м) их сменяют водяные лилии и широколиственные рдесты. На дне самой глубокой части котловины обитают сине-зеленые и зеленые или диатомовые водоросли. Соответственно указанным зонам растительности, происходит зональное накопление осадков разного состава. Близ берега на дне отлагается осо-

ковый торф, глубже – камышовый и тростниковый торф, затем – торфянистый сапропель и, наконец, сапропель карбонатный или кремнистый.

∙

Рис. 43. Стадии заболачивания озера [15]:

А– открытое водное пространство; Б – прибрежно-водная растительность;

Ви Г – осоковое низинное болото; Д – сосновый лес на сфагновом торфе. 1 – сфагновый торф; 2 – осоковый торф; 3 – сапропель; 4 – минеральный грунт;

5 –сапропелевый торф.

По мере заполнения котловины осадками, площадь водного зеркала уменьшается, зоны растительности сдвигаются все ближе к центру. Это влечет за собой смену состава торфа: на первоначально накопившийся тростниковый торф оседает осоковый и т. д. Постепенно

43

озеро превращается в вогнутое низинное болото, которое со временем может трансформироваться и в выпуклое верховое (рис. 44).

Рис. 44. Разрез верхового болота, возникшего путем зарастания озера [15]:

1 – минеральное дно; 2 – пресноводный мергель; 3 – сапропелит; 4 – тростниковый торф; 5 – хвощовый торф; 6 – осоковый торф; 7 – лесной торф; 8 – гипновый торф; 9 – шейхцериево-сфагновый торф; 10 – пушицево-сфагновый торф.

Глубокие, с круто погружающимися берегами озера зарастают также от берега, но уже плавающей растительностью: сабельником, белокрыльником и пр. Стебли и корни растений сплетаются, образуя сплавину. Со временем сплавина утолщается и уплотняется, на ней поселяются другие травы. Иногда, на самых мощных сплавинах растут ели, березы и другие деревья. Отмирающая растительность сплавины создает плавающий торфяник-зыбун травяного или древеснотравяного состава. На дне под зыбуном отлагаются озерные осадки – сапропели, сложенные смесью минеральных частиц и органических остатков, вымытых из сплавины. Иногда погружающаяся сплавина смыкается с нижележащим сапропелем. Тогда зыбкое болото (трясина) превращается в сплошное плотное. Таким образом, зарастание глубокого озера и заполнение его осадками происходят в двух направлениях: от берегов к центру, а также от поверхности ко дну (или ото дна к поверхности).

∙ Приморские болота встречаются на пониженных участках отмелых (полого погружающихся) морских берегов и характеризуются сменой соленых вод пресными.

Марши образуются в понижениях, защищенных от моря береговым валом. Они затапливаются соленой морской водой только при сизигийных приливах или нагонах. Все остальное время здесь господствуют пресные атмосферные воды. В таких условиях развивается специфическая травяная растительность, способная переносить изменения солености. Отложения представлены ритмично чередующимися горизонтальными слоями тонких морских илов, пресноводных травяных торфов и других органических остатков (раковин моллюсков и проч.).

44

Мангровые болота широко распространены на низких берегах тропических морей, в том числе в устьях рек. Здесь пресные речные воды сменяются во время приливов солеными морскими. Господствует своеобразная древесная растительность с воздушными и опорными корнями, между которыми на дне накапливаются черные зловонные илы, насыщенные сероводородом, и торфа древесного состава и повышенной зольности.

13. 5. 2. Отложения лесо-луговых болот

Лесо-луговые болота образуются путем подтопления поверхности подземными водами или атмосферными осадками. Соответственно условиям водного питания болот, выделяются три типа торфов: низинный, верховой, переходный. Каждый из них, согласно К.И. Лукашеву [15], делится на три группы, обладающих определенным составом торфа (табл. 14).

∙ Торфа низинного типа возникают либо в понижениях рельефа, подтапливаемых грунтовыми водами, либо на месте заросших озер. Питающие их подземные воды богаты минеральными солями, и растительность болот разнообразна: мхи, травы, кустарники, деревья. Торфа отличаются высокой зольностью, иногда достигающей 50 %, содержат до 3,8 % азота и до 1 % серы. В составе золы преобладают окислы магния и кальция, иногда значительно содержание фосфора.

Низинные торфа разделяются на три группы. В лесной группе преобладают маломощные (до 1 м) торфа, содержащие остатки древесины березы, ольхи и ели; зольность их максимальна – достигает 10 – 18 %. Торфа топяно-лесной группы обладают большей мощностью – до 2 м; возникают на территориях, периодически затапливаемых речными и грунтовыми водами. Состав растительных остатков здесь смешанный: древесно-травяной или древесно-моховой; зольность составляет 10–15 %. Топяная группа торфов формируется в условиях постоянного переувлажнения; ее отличают повышенная мощность – до 3 м и наименьшая для низинных торфов зольность – не более 10 %. Состав торфа травяной или моховой.

Низинные торфа характерны гумидным условиям лесных зон умеренных и низких широт. На территории Беларуси низинные торфяники господствуют, занимая около 80 % площади всех торфяных массивов. Встречаются они повсеместно, хотя наиболее распространены в пределах Полесья. Они приурочены к отрицательным формам рельефа; сложены гипновыми, осоковыми, тростниковыми и древесными торфами.

45

								Таблица 14
		Классификация типов торфа пресноводных озерных и лесо-луговых болот (по К. И. Лукашеву, 1971)
	Зольность средняя, %	Подтип	Лесной	Лесо-топяной			Топяной
		Группа	Древесная	Древесно-	Древесно-	Травяная	Травяно-	Моховая
				травянистая	моховая		моховая
		Тип			Виды (фации)
						Хвощовый;
			Ольховый; березо-	Древесно-	Древесно-	тростниковый;	Осоково-	Гипновый
			вый; еловый; со-	тростниковый;	гипновый;	осоковый;	гипновый;
	6–18	Низинный						сфагновый,
			сновый; низинный;	древесно-	древесно-	вахтовый;	осоково-
								низинный
			ивовый	осоковый	сфагновый	шейхцериевый	сфагновый
						низинный
			Древесный пере-	Древесно-	Древесно-	Осоковый пе-	Осоково-	Гипновый пе-
	4–6	Переходный				реходный;		реходный;
				осоковый пе-	сфагновый		сфагновый
			ходный			шейхцериевый		сфагновый пе-
				реходный	переходный	переходный	переходный	реходный
							Пушицево-	Медиум-торф;
								фускум-торф;
	2–4	Верховой	Сосновый верховой	Сосново-	Сосново-	Пушицевый;	сфагновый;	комплексный
				пушицевый	сфагновый	шейхцериевый	шейхцериево-	верховой;
							сфагновый	сфагновый мо-
								чажинный
	Влажность,		87	88,5	89,5	91,3	91,5	92
	средняя по группе, %
	Степень разложения,		52	44	38	37	32	20
	средняя по группе, %

3

∙ Торфа верхового типа приурочены к понижениям рельефа, где атмосферные осадки скапливаются в рыхлых поверхностных породах над близлежащим водоупором. Дождевые воды обладают кислой химической реакцией, бедны минеральными солями. Они выщелачивают из грунта питательные вещества, и, заполняя поры, препятствуют доступу воздуха к корням деревьев и трав. В итоге возможно развитие лишь нетребовательных растений – мхов. Вначале распространяются мхи зеленые – гипновые (кукушкин лен), а затем сфагновые. Во мхах скапливается вода, не пропускающая атмосферный кислород, поэтому органические остатки полностью не разлагаются и формируют собою торф. Составу сфагнового мха присущи биохимически обусловленные особенности. Ферменты, содержащиеся в сфагнуме, разрушают протоплазму клеток после их отмирания. Высвободившиеся при этом азот и минеральные соли усваиваются живыми растениями. В итоге, вверх по разрезу прогрессивно уменьшается зольность: содержание минеральных элементов питания в горизонте живого сфагнума несравнимо большее, чем в подстилающем торфе. В целом зольность торфов верхового типа минимальна и не превышает 4 %. В составе минеральной части господствует SiO2. Содержание азота и серы ниже, чем в низинных торфах – соответственно 1,5 % и 0,2 %.

Следовательно, верховые болота отличаются бедной растительностью, в составе которой преобладают сфагновые мхи. Торфонакопление начинается и наиболее активно протекает в центре массива, поскольку на края поступают минерализованные воды, стекающие с окружающей местности и препятствующие развитию сфагнума. В результате образуется торфяная залежь с выпуклой поверхностью. На верховом торфянике может расти болотная сосна, кустарники и кустарнички, а также корневищные травы: осоки и злаки. Однако бедность питательными элементами не позволяет всем группам растений развиваться одновременно. Поэтому в жизни сфагнового болота происходят смены растительности, отражающиеся в составе и строении торфа. Отличительная особенность разреза верховых торфяников заключается в чередовании горизонтальных слоев моховых – широких и светлых со слоями древесного состава – узкими и темными.

Верховые торфяники характерны зонам тундры, лесотундры и тайги. Здесь их мощность соответственно достигает 2 – 10 м, а местами, в тайге, и до 20 м. В Беларуси верховые торфяники занимают более 13 % площади болот. Они чаще всего встречаются на территории Поозерья и Центрально-Березинской равнины. Сложены торфами

3

сфагновыми, пушицево-сфагновыми, шейхцериевыми, иногда содержат остатки древесины.

· Торфа переходного типа возникают, когда начинается образование верхового торфяника поверх низинного, в силу чего отложения представлены остатками растительности обоих типов. Накопления обладают небольшой мощностью, образуют прослои между низинными и верховыми торфами, характеризуются невысокой зольностью – до 8 % и средним содержанием азота – до 2,6 %. Среди всех торфяников Беларуси на долю переходных выпадает около 6 % площади, и встречаются они там же, где и верховые.

Большая часть торфяников умеренных и приполярных широт накопилась в голоцене. Погребенные торфяники плейстоценового возраста встречаются редко. Чаще всего ископаемые торфа представлены межледниковыми осадками мощностью 1 – 3 м (мощность может варьировать от нескольких сантиметров до 8 – 15 м). Известны также менее мощные торфа интерстадиалов и, даже, тонкие прослои торфа, возникшие в перигляциальных зонах.

Помимо торфов, в болотах могут накапливаться терригенные (песчано-глинистые) и хемогенные осадки, образующие прослои, линзы и гнезда внутри торфа. Хемогенные накопления характерны для низинных болот. Они представлены белесым известняком СаСО3, приносимым жесткими подземными водами. В болотах умеренных широт, особенно в зонах тайги и смешанных лесов накапливаются железные руды: светло-серый сидерит FeCO3, превращающийся в результате окисления в бурый лимонит Fe2O3×nН2О. Нередко в восстановительной среде образуется изумрудно-синий вивианит (Fe3PO4)2×8Н2О, который, окисляясь на воздухе, быстро меняет свою окраску на бледно-серую. При выветривании вивианит переходит сначала в фиолетово-синий керченит, а затем в желтовато-серый пи-

цит.

Контрольные вопросы

§Перечислите факторы болотного осадконакопления.

§Какие выделяются типы и группы торфов?

§Торфа какого типа отличаются минимальной зольностью?

§Каковы особенности и закономерности торфонакопления в озерных боло-

тах?

§Какие минеральные породы накапливаются в болотах?

4

13. 6. Подземноводные отложения

Подземноводные отложения формируются либо в пещерах, либо на земной поверхности – в местах выхода подземных вод. Чаще всего они представлены известняками, накапливающимися по следующей схеме. Атмосферная вода, обогащенная углекислым газом (CO2), а потому имеющая кислую реакцию и повышенную агрессивность, просачивается сквозь грунты. Растворяя карбонаты, вода насыщается бикарбонатом кальция: CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2. При выходе на поверхность, вода отдает часть углекислоты, из-за чего бикарбонат обратно переходит в карбонат кальция. Кальцит частично кристаллизуется и выпадает в осадок. Соответственно месту образования пресноводные отложения делятся на два генетических подтипа: источниковый и пещерный.

13. 6. 1. Источниковые отложения

Источниковые отложения накапливаются на земной поверхности, в местах выхода подземных вод. Чаще всего они представляют собою травертины – хемогенного происхождения пористые и легкие известковые туфы. Травертины формируются в сухом климате путем осаждения кальцита из вышедших на поверхность гидрокарбонатных вод. В травертинах встречаются органические остатки и отпечатки растений и животных. Местами травертины образуют значительные по площади и мощности скопления в форме террас (крупнейшие находятся в Йеллоустонском национальном парке и на западе Турции – Помуккале). Встречаются также рыхлые породы карбонатного или железистого состава.

В четвертичной системе территории Беларуси роль пресноводных источниковых отложений незначительна. Представлены рыхлыми карбонатными, реже железистыми породами. Они накапливались в межледниковья и в послеледниковье, надежно диагностируются в голоценовых слоях и, изредка, в муравинских [6]. Наибольшие объемы их сформировались в атлантическое время, когда уровень грунтовых вод поднялся и началось активное выщелачивание карбонатов, и массовое образование источников. Почти все известные источниковые отложения приурочены к Белорусской гряде. Они встречаются на склонах возвышенностей и речных долин, имеют вид линзообразных залежей площадью до нескольких гектаров, иногда

5

образуют купола, слабо выделяющиеся в рельефе. Мощность накоплений составляет 0,5 – 2 м, изредка достигает 3,5 – 4 м. Залегают они либо на поверхности, либо под маломощными делювиальными, болотными или другими породами. Отложения состоят, в основном, из мучнистого кальцита, содержание которого достигает 55 – 99,6 %. В качестве примесей содержатся зерна песка, алеврита, частицы глины и разложившейся органики. Окраска пород почти белая, со слабым желтым или серым оттенком. Иногда окислы железа придают отложениям бурый цвет. Как правило, породы представлены невыдержанными по мощности и простиранию, часто замещающими друг друга прослоями материала рыхлого зернистого, кусковатого или мучнистого. Рассыпчатые мучнистые пресноводные известняки иначе называются гажа. Очень редко источниковые отложения Беларуси сложены железистым материалом бобовидной структуры.

13. 6. 2. Пещерные отложения

Пещерные (спелеогенные) отложения, в свою очередь, подразделяются на две группы фаций, отличающиеся условиями формирования: натечную и терригенную. Натечные образования имеют хемогенное происхождение, возникают на сводах, стенах и днищах подземных пустот. В карстовых пещерах они представлены разной формы сталактитами, сталагмитами, желваками и их производными. Минеральный состав натеков зависит от характера карстующихся пород: галоидных, сульфатных или карбонатных. Встречаются образования, сложенные кальцитом, арагонитом, малахитом, лимонитом, фосфоритом и др. Поскольку шире всего развит карбонатный карст, то и в составе натечных форм преобладает кальцит (CaCO3). Терригенные накопления распространены на дне пещер, представлены разного состава обвальными, подземными аллювиальными и озерными образованиями.

Пещеры часто служили жильем для древнего человека – в пещерных отложениях можно обнаружить изделия каменого века, золу кострищ, кости животных. Исследование культурных слоев помогает реконструировать природные события четвертичного периода.

14. ЛЕДНИКОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ ОБЛАСТЕЙ ДРЕВНЕГО ОЛЕДЕНЕНИЯ

В составе поверхностных накоплений территорий, подвергавшихся четвертичным оледенениям, ведущее значение принадлежит отложениям ледниковой формации. Так, на территории Беларуси они занимают до 88 % объема четвертичной толщи [17]. В составе ледниковой формации (ряда) наиболее распространены следующие генети-

6