42. Биогенное осадконакопление.

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. Биогенного вещества в океане в 100 раз больше, чем терригенного, приносимого реками.

Биогенные осадки - формирующиеся на океанском дне за счет отмерших организмов, главным образом, их скелетов.

Биогенное осадконакопление. Выделяется три главных типа биоса. Бентос (бентос – глубина, греч.) – это организмы, живущие на дне; нектон - активно и свободноплавающие организмы - рыбы, тюлени, киты и др.; планктон ( планктон – блуждающие, греч.) - пассивно плавающие организмы, переносимые течениями и волнами. Морские организмы в подавляющей своей массе относятся к бентосу (98%), и только 2% относятся к планктону и нектону.

Солнце проникает в воду примерно до глубины в 100 м и эта зона называется эвфотической, т.е. полностью освещенной. Водоросли, прикрепленные ко дну, растут только на мелком шельфе, в то время как фитопланктон - свободно плавающие водоросли, распространены в поверхностной зоне воды всех океанов. Бентосные водоросли отличаются исключительной продуктивностью, в отличие от бентоса фитопланктон дает всего 100 г углерода на 1 м2 в год.

Бентосные организмы могут вести неподвижный, прикрепленный образ жизни - кораллы, губки, мшанки. Они называются сессильным бентосом. Другие, наоборот, передвигаются по дну - вагильный бентос, например, морские звезды и ежи, крабы, черви, двустворки. Все эти организмы могут жить либо на поверхности дна -эпифауна, либо внутри ниш в каменистом дне в высверленных дырках, в осадках – инфауна. Плавающий в поверхностном слое воды планктон, постепенно отмирая превращается в детрит, который вместе с еще живыми организмами медленно оседает на дно подобно дождю - сестону, служащим пищей для бентоса. Этой взвесью питаются организмы - сестонофаги, которые фильтруют через себя воду.

Наиболее распространенные осадки на шельфе представлены макрофоссилиями кораллово-водорослевыми рифовыми известняками, известняками-ракушечниками и мшанковыми известняками. Микрофоссилии в зоне шельфа мало. «Коралловые» рифы распространены в современной тропической зоне океанов и, следовательно, являются индикаторами подобной палеогеографической обстановки в геологическом прошлом. Т.н. “коралловые”рифы могут быть построены не только кораллами, но и мшанками. Кораллы разных типов растут со скоростью до 2,5 см/год.

Среди рифов различают 3 основных типа:

1. Окаймляющие или береговые;

2. Барьерные;

3. Атоллы.

1. Окаймляющие или береговые рифы располагаются недалеко от береговой полосы или непосредственно примыкают к нему, достигая в ширину нескольких сотен м, а в длину десятков км (рис. 14.6.10).

Р ис. 14.6.10. Поперечный разрез окаймляющего кораллового рифа: 1 – побережье, 2–зарифовое понижение, 3–поверхность рифа, 4–рифовая осыпь, 5–предрифовая зона, 6– пляжные пески, 7–коралловые пески, 8 – коралловый риф

2. Барьерные рифы, хотя и простираются вдоль берегов, но отделены от них мелководным пространством - лагунами.

Н аиболее известным и протяженным, более 2000км, является Большой Барьерный риф у СВ побережья Австралии в Коралловом море. Это гигантское сооружение шириной до 180 км и мощностью порядка 200 м отделено от континента лагуной шириной от 30 до 250 км при глубине в первые десятки метров (рис.14.6.11).

3. Атоллы представляют собой рифовое кольцо, которое чуть выступает над поверхностью океана и сложено рифовым детритом. Внутри кольца располагается лагуна. Коралловые рифы растут на глубине в первые десятки метров, в теплой освещенной воде, а мощность рифов, выявленная путем бурения, достигает 1,5 км. Это показывает, что рифы растут сверху вниз, за счет опускания океанского дна. Ширина атоллов достигает 40-50 км.

Рис. 14.6.11. Блок-диаграммы трех главных типов современных рифов

Наиболее широко распространенными биогенными осадками Мирового океана являются планктонногенные илы, образовавшиеся из пассивно плавающих в поверхностной части вод очень мелких организмов: фораминифер, образованными кальцитом (СаСО3); радиолярий (скелет кремнезема – опала); диатомей - одноклеточных микроскопических водорослей.

К планктоногенным илам относятся осадки, в которых скелетных остатков не менее 30%, а 70% представлено разнообразными глинистыми минералами. По составу различают карбонатные или известковые и кремнистые или, характер которых зависит от поступления различных организмов, их дальнейшем растворении, привносом абиогенных компонентов и преобразованием осадка - илов в породу.

Поступление биогенных компонентов определяется продуктивностью эвфотической зоны, которая обеднена питательным веществом, т.к. оно расходуется фитопланктоном, а более глубинные воды, обогащенные этим веществом, отделены от эвфатической зоной постоянным термоклином, который служит своеобразным экраном, разрушающимся в случае апвеллинга. Там, где перемешивание вод минимально, там и биопродуктивность эвфотической зоны крайне мала.

Сохранность биогенного материала определяет и характер накапливающихся осадков, т.к. очень много скелетных остатков планктона не достигает океанского дна, растворяясь в воде. Какие факторы влияют на растворение планктонных организмов?

Кремнистые радиолярии растворяются, главным образом, в поверхностных слоях океанских вод, резко недосыщенных SiO₂ , а глубже 1 км растворимость SiO₂ уменьшается в связи с понижением температуры и увеличением давления.

Кальцитовые фораминиферы, наоборот, растворяются сильнее всего в придонных водах, на глубинах более 4 км, где вода сильно недосыщена СаСО3. Потому, что понижаетсятемпература, возрастает давление общее и СО₂, уменьшается содержание карбонатного иона.

СО₂ + Н₂О + СаСО₃ ⇔ Са²⁺ + 2НСО₃

В океанах выделяется три важных уровня, которые контролируют степень сохранности СаСО₃.

1-й уровень - лизоклин - разделяет комплексы фораминифер хорошей и плохойисохранности, т.е. подверженных уже некоторому растворению

2-й уровень - критическая глубина карбонатонакопления (КГК). Ниже этого уровня, содержание СаСО₃ в осадках составляет меньше 10%.

3-й уровень - глубина карбонатной компенсации (КГл ) , характеризует границу, разделяющую карбонатосодержащие и полностью бескарбонатные осадки, т.е. на этой глубине опускающиеся на дно организмы с карбонатным скелетом полностью растворяются.

СаСО₃ поступает, главным образом, за счет выноса реками или т.н. “курильщиков”, т.е. мест проявления современной гидротермальной активности.

Распространение СаСО₃ в поверхностных осадках Мирового океана хорошо коррелируется с рельефом. Все возвышенности в океанах, включая срединно- океанические хребты, как “снегом” засыпаны карбонат содержащим илом.

Из известкового ила образуются одни из самых распространенных пород - известняки и белый писчий мел. Ил уплотняется, пористость его уменьшается, а объем сокращается на 30-35%, при этом белый писчий мел формируется на глубинах в несколько сот метров, а известняки - около 1 км.

Кремнистые илы также представляют собой один из наиболее распространенных видов современных морских осадков, т.к. кремний - это широко распространенный элемент на Земле. Кремний извлекается из морской воды различными организмами, которые строят себе из опала скелет, например, диатомеи, кремневые губки, радиолярии. После смерти планктонных организмов медленно опускаются через толщу океанских вод и если не растворятся, то достигнут дна. Если содержание кремнезема в осадках превысит 30%, то такие осадки называются кремнистыми илами.

Основная масса радиолярий и диатомовых растворяется в поверхностных водах. Напротив, растворение известковых микрофоссилий происходит главным образом на дне океана на глубинах более 3,5 км.

В донные осадки попадает не более 10% организмов с кремневым скелетом. Таким образом, карбонатно- и кремненакопление регулируется недосыщенностью СаСО₃ глубинных и SiO₂ - поверхностных вод.

В придонной части вод содержание Н₂S достигает 5-6 см3/л, бентос отсутствует и накапливаются тонкослоистые осадки, обогащенные органическим веществом. Такие осадки называются сапропелевыми – это черные битуминозные сланцы.