Эволюция осадконакопления.

Образование осадочных пород на протяжении геологической истории Земли происходило в обстановке постепенного и постоянного изменения формы движения планеты, тектонической

активности, физических условий в ее недрах и на поверхности, развития органического мира. Все это вызывало определенные качественные и количественные изменения в составе возникав-

ших осадков. Такие изменения являются выражением философского закона (понятия) «отрицание отрицания». Его сущность заключается в том, что развитие (мира) происходит от низшего к высшему, от простого к сложному. Новое возникает на базе уже существующего, достигнутого ранее на предыдущих этапах развития. Таким образом новое является более высокой ступенью по сравнению со старым на пути поступательного развития (по восходящей спирали). Дл я объяснения природных явлений и процессов Ч. Лайель (1830—1833 гг.) ввел в геологию принцип актуализма, согласно которому в геологическом прошлом действовали те же силы и с такой же интенсивностью, как в настоящее время, а ход геологических процессов был таким же, как и сейчас. Л. В. Пустовалов, рассматривая сильные и слабые стороны метода актуализма в геологии уже в 1940 г., отмечал, что нельзя автоматически переносить условия образования современных осадков на древние отложения. Он считал, что выявление геологических обстановок по материалам изучения современных отложений возможно, но необходимы «поправки на время».

Развивая актуализм как метод исследования, Н. М. Страхов отметил его ограниченную применимость к различным сторонам геологической жизни Земли. Он считал, что метод актуализма в геоморфологии может быть использован при изучении осадочного процесса в фанерозойское время — от (500—600)-106 лет до современности. На более древние осадочные образования распространение метода нецелесообразно в связи с (хотя и медленной) эволюцией форм осадочного процесса и, как следствие, возможными большими погрешностями. Практически эволюция осадочного процесса заключается в том, что со временем образование одних осадков постепенно затухает, но взамен из тех же компонентов образуются другие, отличающиеся по минеральному составу, строению и физико-химическим свойствам. Такие преобразования обусловлены всем ходом развития Земли и связаны с эволюцией ее внешних оболочек, атмосферы, гидросферы, литосферы, а позднее и биосферы. Атмосфера Земли по современным представлениям, возникла из продуктов дегазации верхней мантии при ее зонной

плавке. Из недр планеты выделялись пары воды, углекислота, окись углерода, водород, аммиак, сероводород, метан, хлористый водород и некоторые другие газы, которые и образовали первичную атмосферу. Ее состав существенно отличался от современной. По-видимому, первичная атмосфера Земли по составу была близка к современной газовой оболочке планет

земной группы (табл. 10). Последующее существенное понижение содержания углекислого газа в атмосфере Земли может быть объяснено переходом его в связанное состояние. Огромное количество CO2 вошло в состав карбонатных минералов, главным образом кальцита и доломита, которые, как известно, образуют мощные толщи (в сотни и даже тысячи метров) известняков, доломитов, мела. Кроме того, углерод, входящий в состав CO2,— один из основных компонентов углеводородов, каменных углей, горючих сланцев, торфа и т. д. Повышение доли азота и кислорода в атмосфере в значительной мере произошло из-за перехода углекислоты из атмосферы в связанное состояние. Кроме того, в результате фотосинтеза зеленые растения извлекают углерод из углекислого газа и освобождают кислород. Приближенные расчеты свидетельствуют о сходстве первичной атмосферы Земли и современной атмосферы Венеры.

Изменение содержания углекислоты в атмосфере Земли оказало огромное влияние на физико-химические и биологические процессы. Известно, что углекислый газ и пары воды адсорбируют инфракрасную радиацию, создавая так называемый парниковый эффект. Подсчитано, что увеличение содержания этого газа в атмосфере в 3 раза по сравнению с современным должно повысить среднюю годовую температуру на поверхности Земли на 7,3—9,3 0C. По расчетам, содержание углекислоты в атмосфере на протяжении фанерозоя существенно колебалось (рис. 20), имея явную тенденцию к понижению. В связи с этим большой интерес представляет эксперимент американского биолога Р. Фарнелиуса, показавшего, что в атмосфере, содержащей 0,5 % CO2 (вместо 0,033 % в естественных условиях), темп роста кукурузы и подсолнечника увеличивается примерно в 10 раз. Подобное, по-видимому, происходило и в геологическом прошлом. Таким образом надо полагать, что только за счет снижения содержания углекислоты обстановка осадконакопления на планете в течение геологической истории существенно изменялась. Высвобождение кислорода из углекислоты в результате жизнедеятельности зеленых растений способствовало постепенному его накоплению в атмосфере. Ультрафиолетовая солнеч-

ная радиация высокой энергии, воздействуя на молекулу кислорода (O2), вызывает образование двух атомов кислорода повышенной активности. Взаимодействуя с молекулой кислорода, они образуют озон (O3), который распространен в широком диапазоне высот, но максимальные концентрации приурочены к озоновому слою, расположенному на высоте 20—25 км над поверхностью Земли. Толщина озонового слоя непостоянна. Считалось, что она увеличивается, однако в 1979 г. было обнаружено, что количество озона над некоторыми участками планеты существенно сократилось, особенно это заметно над Ан-тарктидой, где образовалась «озонная дыра» площадью почти 5 млн. км2 («Правда» 19.12.1987 г.) и имеется тенденция к ее увеличению. Это составляет определенную угрозу всему живому, так как озоновый слой поглощает часть ультрафиолетовой солнечной радиации и словно щит защищает от нее жизнь на Земле. Основными причинами сокращения озона ученые считают взаимодействие солнечной активности и облачного стратосферного аэрозоля (особенно фреонов), вырабатываемого промышленностью, и в результате деятельности человека поступающего в атмосферу. В связи с этим к началу 1988 г. До 20 развитых стран мира, в том числе Советский Союз, приняли решение о запрещении производства и применения фреонов. Постепенное увеличение кислорода в атмосфере на протяжении фанерозоя обуславливало интенсификацию окислительных процессов и посредством этого влияло и влияет на эволюцию осадочного процесса. Гидросфера в настоящее время составляет 0,025 % массы Земли и покрывает 70,8 % поверхности земного шара. Она представляет собой совокупность океанов, морей, континентальных водоемов и ледяных покровов. В современную эпоху 98,3 % массы гидросферы приходится - на моря и океаны, 1.6 % —н а материковые льды. Несомненно, что в иные геологические эпохи объем и количественные соотношения между различными формами гидросферы были иными. Полагают, что океаны, в очертаниях близких к современным, возникли 150— 160 млн. лет назад. Протоокеаны существовали всегда — с момента появления воды и коры океанического типа, но имели иные границы распространения. Индикаторы самых древних — докембрийских и палеозойских океанов обнаружены на суше (А. П. Лисицин, 1980 г.). Соленость природных вод весьма разнообразна, но в Мировом океане, составляющем основную часть гидросферы, она составляет в среднем 3,5% при вариации от 3,3 до 3,7%. Максимальная соленость наблюдается в зонах, тяготеющих к приэкваториальным засушливым областям континентов. В столбе океанической воды также наблюдаются небольшие колебания солености, с общей тенденцией к повышению минерализации с увеличением глубины. Воды рек, большинства озер, континентальные и морские льды имеют значительно меньшую соленость (табл. 11). В связи с этим в прибрежных зонах морей, вблизи впадения крупных рек соленость вод также нередко бывает значительно ниже нормы. Повышенной соленостью отличаются некоторые водоемы, располагающиеся в областях жаркого засушливого климата (оз. Эльтон, Большое Соленое в США, лагуна Кара-Богаз-Гол, внутриконтинентальное Мертвое море) . Солевой состав морских и океанических вод в различных частях современного Мирового океана довольно постоянен. Состав основных ионов, содержащихся в водах континентальных водоемов такой же, как и в океанических (см. табл. 11), но количественные соотношения между ионами существенно отличаются. Минерализация и солевой состав вод континентальных водоемов в течение геологического и даже более коротких отрезков времени могут существенно изменяться в результате изменения климата, изоляции водоемов, притока вод иного состава, деятельности человека и т. д. Воды Мирового океана менее подвержены изменениям, но в течение геологического времени изменились и они. Согласно существующим представлениям, гидросфера образовалась из водяных паров и газов, отделившихся при дегазации материала, выплавляемого из верхней мантии Земли. По представлениям академика А. П. Виноградова, первоначально воды были кислыми вследствие растворения в них газообразных HCl , HF, H2S, HBr , CO2 и других соединений, послуживших источником анионов Cl-, F -, SO4 2-, НСОз-. В результате взаимодействия таких вод с горными породами Мировой океан постепенно пополнился катионами Na+, К+, Ca2+, Mg2+ и дру-гими, менее распространенными. Постепенно к началу фанерозоя в значительной мере за счет понижения содержания углекислоты, реакция вод стала щелочной (по Н. М. Страхову). Существуют разные точки зрения о последующей эволюции вод океана, но большинство советских геологов считают, что уже к концу палеозоя — началу мезозоя солевой состав океанской воды был близок к современному. Состав растворенных в воде газов был, по-видимому, несколько иным. Была выше доля углекислого газа и несколько ниже — кислорода. Соленость Мирового океана в эти эпохи могла в небольших пределах колебаться хотя бы за счет оледенений, когда уровень воды в океанах понижался на 100—150 м, а значительная часть шельфа становилась сушей. Температура вод Мирового океана тоже не оставалась постоянной. На этот счет существуют различные точки зрения. По данным исследования изотопов кислорода Е. К. Перри (Perry Е. С.) с соавторами (1978 г.), анализа изменения гравитационной постоянной Ф. Хойлем (Hoyle F., 1972 г.) температура океана 3—3,8 млрд. лет назад составляла около 100 °С, 2—3 млрд. лет — 70 °С, 1 млрд. лет — 40 °С. Начиная с палеозоя температура вод на поверхности стабилизировалась и составляла 30—40 °С.

Земная кора — верхняя часть литосферы — один из важнейших источников материала для формирования осадочных пород. Она состоит (снизу вверх) из базальтового, гранитного (включающего и метаморфические породы) и осадочного слоев. Естественно, что в течение геологической истории земная кора поставляла осадочный материал различного состава. Первоначально основным источником осадочного материала были лавы и вулканический туф. Со временем появились метаморфические породы. После появления воды на планете стали форми-

роваться хемогенные осадочные образования, а затем и биогенные. Многие из них со временем попадали в область денудации, вследствие чего осадочный материал усложнялся, становился многообразнее. Интеграция и дифференциация осадочного материала на путях переноса, неоднократное его переотложение и созревание стали важными факторами эволюции осадочного процесса. Биосфера играет существенную роль в процессе эволюции осадкообразования. Начиная с протерозоя роль организмов в формировании осадков со временем все больше прогрессировала. Органический мир постепенно развивался, что знаменовалось появлением все более высокоорганизованных организмов. К настоящему времени на Земле существуют около 500 тыс. видов растений и до 1500 тыс. видов животных организмов (в том числе свыше 1000 тыс. насекомых) . Вместе с развитием органического мира биосфера охватывала все новые пространства — прибрежные зоны морей, пелагиаль, поверхность прибрежной, а затем и внутриконтинентальной суши, внутренние водоемы, атмосферу и верхние толщи земной коры. Биосфера заселена неравномерно. Организмы обитают преимущественно в верхнем этаже гидросферы (примерно до глубины 100 м) , на поверхности суши и в почвах, при этом в областях оледенения материков и в пустынях органическая жизнь угнетена и скудна. Минеральные скелетные остатки и органическое вещество, представляющее собой продукты жизнедеятельности организмов— важные составные части осадочных пород. Биомасса, производимая организмами в течение геологической истории Земли, количественно существенно колебалась, но в целом, повидимому, постепенно возрастала. По мере эволюции жизни менялись и продукты жизнедеятельности организмов, накапливающихся в осадках. Это обусловило появление и эволюцию целых групп пород—карбонатных, кремнистых, каустобиолитов и др.