Тема 10. Осадочные породы как биокосная система

Осадочные породы согласно современным классификациям разделяются на следующие группы: карбонатные, кремнистые, каустобиолиты, фосфатные, железистые, марганцевые, аллитные, обломочные, глинистые и соли.

Все осадочные породы Земли (вплоть до самых древних) сформировались в условиях биосферы. В той или иной форме живое вещество принимало и до настоящего времени принимает деятельное участие в формировании всех осадочных пород, и все они включают в себя какое-то (пусть иногда и малое) количество палеобиогенного вещества (ископаемое биогенное вещество).

Палеобиогенное вещество в осадочных породах весьма разнообразно. Оно может включать: растительный детрит, различные остатки организмов (миоспоры, крупномерные фрагменты растений, остатки планктона, спикулы губок, зубы акул, раковины, кости позвоночных и т. д.), янтарь, копролиты и такие микробиогенные минералы, как, например, сульфиды, карбонаты, гидроокислы железа и т. д.

Наибольшими концентрациями палеобиогенного вещества характеризуются карбонатные осадки, кремнистые осадки и каустобиолиты. Более бедные – фосфатные, железистые и марганцевые породы.

Карбонатные осадочные породы

На долю карбонатных осадков приходится около половины всей площади современных донных отложений Мирового океана. Их содержание в осадочной оболочке составляет от 10 до 18 %. Карбонаты сложены остатками водорослей, бактерий, а также обломками раковин водных организмов.

Биогенные карбонатные породы образуются в результате деятельности как планктонной, так и (в меньшей степени) донной пленки жизни в экосистемах Мирового океана и внутриконтинентальных водоемов, поэтому по происхождению они делятся на три типа: планктогенный, бентогенный и смешанный (включает остатки планктонных и бентосных форм).

1. Планктогенный тип представлен кокколитовыми и птероподовыми илами (слайд 1).

А) Кокколитовые илы — сложены остатками микроскопических водорослей кокколитофорид микроскопических размеров — от 5 до 50 мкм (рис.1-а). Их панцири смонтированы из щитков, состоящих, в свою очередь, из отдельных кристаллов карбоната кальция. Отмирая, они распадаются на отдельные щитки, которые со временем превращаются в тончайший карбонатный ил.

Б) Птероподовые илы — являются разновидностью современных океанических глубоководных известково-глинистых илов, обогащенных известковыми раковинками мелких (0,3—10 мм) крылоногих моллюсков — птеропод, ведущих планктонный образ жизни.

Птероподовые илы встречаются в тёплых, преимущественно тропических частях океанов, главным образом Атлантического, на глубине 700—3500 м. Занимают всего около 0,4% площади дна Мирового океана.

2. Бентогенный тип представлен ракушечными или моллюсковыми отложениями и кораллово-водорослевыми рифовыми осадками (слайд 2).

А) Ракушечные или моллюсковые отложения встречаются главным образом на мелководье. Ракушка на мелководье интенсивно измельчается и отложения часто представлены раковинными песками.

В прежние геологические эпохи также отложения слагались силурийские плеченогие моллюски (брахиоподы) — оболиды.

Б) Кораллово-водорослевые рифовые осадки формируются в рифовых сгущениях жизни. Они состоят главным образом из обломков скелетов колоний кораллов, а также красных и зеленых водорослей (слайд 3).

3. Смешанный тип — представлен менее распространенными фораминиферовыми и мшанковыми илами.

А) Фораминиферовые илы — сложены из раковин планктогенных и бентосных форм простейших одноклеточных организмов — фораминифер с известковым скелетом или их обломков. Размеры раковин фораминифер от 50 до 1000 мкм. Они распространены преимущественно на глубинах от 3000 до 4500—4700 м.

Среди вымерших форм фораминифер существовали и довольно крупные организмы, которые жили в позднем мелу в морях Евразии, Африки и Америки. Таковы нуммулиты — гиганты среди одноклеточных, достигавшие 10—16 см (слайд 3)

В переводе с латинского их название обозначает «каменные монетки». Азербайджанская легенда рассказывает, что это деньги богача, не подавшего милостыню нищему.

К органическим остаткам фораминиферовые илы начали относить только в XVIII в., а вот использовать нуммулитовые известняки стали значительно раньше: из них построены египетские пирамиды.

Б) Мшанковые илы — состоят из скелетов мельчайших морских организмов — мшанок, живших в самом конце мелового периода и обитающих в тропических водах, а также на материковых отмелях северных и восточных морей. Животные класса мшанковых характеризуются микроскопическими размерами: их длина доходит до 1 мм. (слайд 4)

Эти осадочные породы легко пилятся, а по прочности близки к красному кирпичу. Здания из них не требуют наружной штукатурки.

По минеральному составу все карбонатные осадочные породы разделяются на кальцитовые и доломитовые.

В формировании кальцитовых пород обычно проявляется концентрационная функция живого вещества, осуществляемая внутри организма (построение скелета), значительно реже — средообразующая. Они включают в себя главным образом разнообразные известняки и еще одну горную породу, с которой мы теснее всего соприкасаемся в возрасте от 7 до 17 лет, — писчий мел.

Известняк — широко распространенная осадочная порода, состоящая в основном из кальцита или кальцитовых скелетных остатков фораминифер, кораллов, мшанок, брахиопод, моллюсков, водорослей и др. организмов. Встречается почти на всех материках, за исключением Австралии.

В отдельную группу выделяются копролитовые известняки — горящая порода, исходным материалом для которой послужили фекалии илоедов, перерабатывавших известковый ил. Копролиты известны по крайней мере с ордовика и нередко слагают целые пласты (слайд 4)

Мел на 90—98% состоит из раковинок фораминифер и остатков кокколитофорид (известковых водорослей), причем в 1 см³ породы их насчитывается огромное число экземпляров. Полоса его отложений протягивается через всю Европу — от Англии до берегов Эмбы.

Доломитовые породы – похожи на известняки, но содержат много карбоната магния (слайд 5)

Лишь недавно было установлено, что в современную геологическую эпоху доломит накапливается в водных экосистемах, характеризующихся высокой соленостью, высоким рН вод и обильной растительностью.

Доломитообразование в этом случае обусловливается средообразующей деятельностью автотрофного живого вещества: в ходе фотосинтеза растения извлекают из воды растворенную в ней углекислоту, что приводит к повышению рН и способствует химической осадке доломита. Таким образом, формирование доломитов (за редчайшими исключениями) происходит не внутри, а вне организма.

Современное карбонатонакопление, помимо морей, происходит и в озерах, причем характер протекающих в них процессов существенно иной.

Осаждение карбонатов в озерах происходит как под действием процессов выпаривания пересыщенных растворов (это наблюдается, например, в озере Севан), так и благодаря геохимической деятельности бактерий. При этом бактерии выступают не в роли непосредственных концентраторов карбоната кальция — они лишь создают условия, способствующие его осаждению (таким образом проявляется средообразующая функция живого вещества). В прибрежной части озер местами намывается ракуша.

Таковы современные морские и озерные карбонатные осадки — накапливающиеся на наших глазах прообразы карбонатных пород метабиосферы.