Читая каменную летопись Земли... - Александр Конюхов

Таким образом, от момента высвобождения частицы из древней породы до ее фиксации в составе вновь образованного и захороненного осадка может пройти огромный диапазон времени. Что касается коллоидных и субколлоидных частиц, то их странствия были бы вообще беспредельными, если бы природа не изобрела механизмы самоочищения. Дело в том, что вес пелитовых частиц настолько ничтожен, что в условиях даже незначительной подвижности водной среды (а большинство из них попадает в конечные водоемы стока) они были бы обречены на постоянное пребывание во взвешенном состоянии, во всяком случае, в центральных частях морей и океанов. Легко себе представить, как бы выглядели наши водоемы! Вода в них была бы мутной и черной от обилия глинистой взвеси, т. е. такой, какой она бывает в авандельтах некоторых крупных рек или над иловыми банками. Подобно водам Ганга, в море плавали бы слепые дельфины и другие животные, ориентиром которых в пространстве служили бы акустические сигналы.

В природе, однако, нашлись механизмы, облегчившие перевод тонкой взвеси в осадок. Один из них физико-химический, другой — биологический. Первый заключается в образовании флаков — агрегатов чешуек, соединившихся краями в сложные образования звездчатой или округлой формы. Вес флаков значительно больше, чем у каждой из составляющих их чешуек. Поэтому они гораздо легче садятся на дно. Этот механизм эффективно работает над континентальными окраинами, прежде всего в пределах шельфовых зон, там, где концентрации взвеси в воде достигают неких критических значений.

В настоящее время, вероятно, более универсальное значение имеет биологический механизм очищения океанских и морских водоемов. Он связан с жизнедеятельностью организмов-фильтраторов, пропускающих за год через свои крохотные тела огромное количество воды для извлечения фитопланктона, бактерий и различных органических остатков. Все взвешенные в воде частички проходят через желудки фильтраторов, в качестве которых выступают мельчайшие рачки — копеподы и другие представители зоопланктона. Под влиянием пищевых ферментов из собранного материала извлекаются необходимые для поддержания жизни субстанции, а оставшиеся минеральные вещества, склеенные в так называемые пеллеты (фекалии), выделяются в водную среду. Так как размеры и вес пеллет намного выше, чем у исходной взвеси, они опускаются через водную толщу на дно, где вскоре распадаются на изначальные компоненты.

Скопления частиц на суше или на дне водоема образуют отложения, потенциально способные превратиться в породу. Однако этот процесс не всегда доходит до логического конца. Вновь образованные осадки долгое время бывают рыхлыми, насыщенными влагой. Они состоят из множества ничем не связанных друг с другом частиц, которые при неблагоприятных воздействиях внешней среды легко разделяются, что нередко приводит к распаду всего сообщества зерен или чешуек. Факт рождения осадка может быть зафиксирован лишь после того, как он будет погребен под плащом более молодых образований, осадочных или излившихся, Но и тогда еще долгое время сохраняется вероятность возвращения совокупности захороненных частиц на пути переноса и переотложения. Действительно, активность некоторых геологических агентов приводит к эрозии — размыву больших объемов осадков.

Седиментационные процессы удивительно многообразны. Осаждение частиц — это лишь одна сторона медали. Другая заключается в новообразовании и кристаллизации как в толще воды или в воздушной среде, так и на дне в самом осадке или на поверхности коренного субстрата. Кристаллизация солей в воздухе происходит чаще всего в зоне заплеска осолоненных лагун или на приливно-отливных равнинах. Вода испаряется в воздухе, и на Землю со звоном сыплются мелкие кристаллики соли. Нечто похожее наблюдается при выбросе магмы. Все же основная масса солей образуется при испарении концентрированных рассолов, называемых рапой. Как правило, это имеет место в замкнутых мелководных водоемах аридных зон, где испарение значительно превалирует над поступлением воды. Кристаллы гипса, галита, доломита, карналлита и др. зарождаются прямо в рассоле, из которого затем выпадают на дно.

Очень широко распространены в природе различные корки и стяжения. В пустынях часто встречаются слоистые карбонатные корки — каличе, связанные, как полагают, не в последнюю очередь с деятельностью микроорганизмов. Вблизи источников теплых или горячих минерализованных вод возникают натечные формы карбонатов — травертины. Известны корки железистого, марганцевого и кремнистого состава. Чаще всего они образуются в субаквальной среде. В специфических условиях глубоководных рассольных впадин, открытых в Красном и Средиземном морях, на поверхности твердых субстратов — выступов магматических и древних осадочных пород — вырастают причудливые гипсовые розочки (впадина Баннок в Ионическом море) или арагонитовые корки волокнистого строения (впадина Атлантис в Красном море).

Многие наслышаны об удивительных натечных образованиях в подземных пещерах — сталактитах и сталагмитах. Первые в виде причудливых каменных сосулек свисают со сводов пещер, вторые, более приземистые и шишковатые, поднимаются им навстречу со дна. И те и другие имеют кальцитовый состав и растут за счет выпадения карбоната кальция из капель воды, стекающих по сталактитам или срывающихся со сводов пещеры вниз. Каждая капля оставляет несколько молекул труднорастворимого карбоната. В результате за десятки и сотни тысяч лет в подземных гротах возникают целые каскады, огромные занавеси из кальцита наподобие тех, что украшают зал Тбилиси в Новоафонской пещере. Этим монументальным творениям природы нет равных по красоте.

Мир осадочных новообразований богат и весьма причудлив. Об оолитовых микростяжениях уже рассказывалось. Помимо них, однако, существует целая гамма близких по размерам (0,07-0,8 мм и более), но отличающихся по составу стяжений, характерных для морских осадков, — глауконитовых, бертьериновых, хлорит-смектитовых и др. Самые известные твердые осадочные стяжения образуются на поверхности дна некоторых глубоководных котловин океана и содержат примеси меди, никеля, а иногда и кобальта. Эти стяжения — конкреции округлой или овальной формы — лежат на поверхности рыхлого осадка, иногда так плотно друг к другу, что дно становится похожим на мостовую.

Юность камня

Под диагенезом понимают все те процессы, которые ведут к превращению рыхлого осадка в породу, в камень. Поэтому синонимом этого слова в русском языке является окаменение, хотя последнее и не полностью отражает всю совокупность метаморфоз, происходящих с осадками. По ассоциации с онтогенезом живых организмов этот период существования камня может быть определен как «юность» (или «возмужание»). Она протекает на фоне постепенного уплотнения осадка и сокращения его объема за счет удаления седиментационных, а затем и части поровых вод. В этом смысле «возмужание» в неживой природе — процесс, обратный тому, что происходит с живым организмом, который на этой фазе развития растет и увеличивается в объеме.

Уплотнение протекает под нагрузкой перекрывающих (более молодых) осадочных образований. Поэтому для завершения данною процесса необходимо накопление все новых и новых масс осадков. Если последнее застопорилось или прекратилось вовсе, то останавливается или, во всяком случае, резко замедляется дальнейшее уплотнение. Тогда осадок на неопределенное время может остаться незрелым, хотя возраст его будет исчисляться миллионами лет. Он так и состарится, не став настоящей породой, хотя со временем будет по некоторым параметрам приближаться к ней. Впрочем, такие случаи редки, так как находящиеся близ земной поверхности рыхлые образования неминуемо уничтожаются эрозией. Поэтому в осадочных толщах достаточно древнего возраста рыхлые отложения встречаются редко. Как правило, это несцементированные пески или реликтовые почвы, сохранившиеся только потому, что были перекрыты другими окаменевшими осадками — глинами, известняками или мергелями.

В отложениях разного состава и уплотнение протекает неодинаково. В песках и в других зернистых осадках обломочного происхождения оно реализуется достаточно быстро, если в них есть или успевает образоваться цементирующее вещество. Каркас будущей породы возникает после того, как отдельные зерна вступают в плотный контакт с соседними. Далее уплотнение идет до достижения наиболее компактной упаковки зерен и частичного их растворения на контактах (плагиоклазы и другие неустойчивые компоненты). Глины уплотняются за счет изменения пространств венной ориентации отдельных чешуек и их агрегатов, их упорядочения. Последнее достигается при упаковке чешуй глинистых минералов преимущественно параллельно поверхности раздела вода-осадок, или, как говорят геологи, параллельно напластованию. При этом вследствие компактности упаковки постепенно достигается наименьший объем. Лишняя вода между отдельными чешуйками выдавливается из осадка вверх, в менее плотный осадок, и вниз, в так называемые коллекторские горизонты (ими обычно служат пески и гранулярные карбонатные, реже кремнистые отложения).