Потоки взвеси и накопление осадков

Реки – основной источник терригенной взвеси, поступающей в океан с континента. Огромные ее массы оседают в передней части дельты, называемой продельтой, где встречаются и смешиваются пресные и соленые воды.

Здесь происходит слипание частиц, образование крупных их агрегатов и осаждение на дно. По периферии продельты оставшиеся в воде частицы, среди которых значительную часть составляет органический детрит, извлекаются живыми организмами. Они пропускают через себя, как сквозь сито, большие объемы морской воды и потому называются фильтраторами. Это небольшие рачки, питающиеся фитопланктоном и органическим детритом наземного происхождения. Обилие солей, поступающих в составе речного стока, стимулирует развитие фитопланктона, среди которого преобладают диатомеи. В авандельтах крупных рек, например Амазонки, на глубинах 20–50 м донные осадки пополняются их скорлупками. Таким образом, выносимые реками вещества немедленно вовлекаются в океанский круговорот и утилизируются уже в пределах шельфовой зоны.

Однако отдельные струи речной воды, насыщенные взвесью, проходят этот передовой заслон без значительных потерь. Пресная вода в них постепенно замещается соленой, но струи все же сохраняют свою индивидуальность, превращаясь в суспензионные течения малой плотности. Подобные потоки различной мутности фиксируются на разных уровнях от дна и называются нефелоидными потоками. Как правило, самый мощный поток взвеси движется близ поверхности дна и потому именуется придонным. Концентрации частиц в поперечном сечении подобной струи могут достигать 0,6–0,9 мг/л. В других течениях, поверхностном и промежуточных, содержания взвешенных частиц, как правило, ниже.

Пути распространения нефелоидных потоков в океане изучены еще очень слабо. Обычно, дойдя до кромки шельфа, они вдольбереговым течением морских вод отклоняются в сторону и движутся под его влиянием над внешней частью шельфа и прилегающими участками континентального склона, постепенно рассеиваясь. Такова, например, судьба нефелоидного потока, выходящего из дельты реки Роны. За ее пределами он поворачивает на восток и прослеживается над континентальным склоном на несколько десятков километров.

Те же процессы характерны для устья Амазонки. Часть выносимого этой рекой материала оседает непосредственно в ее авандельте – обширном ареале глинистых и алевритово‑глинистых илов на участке шельфа с глубинами 20–60 м. Глубже эти осадки замещаются реликтовыми карбонатными песками. Следовательно, терригенная взвесь не проникает в эти районы. В виде мощных нефелоидных струй она выносится на северо‑восток, где осаждается на огромных пространствах шельфа и склона. Именно плотный поток взвешенного материала, видимо, препятствует развитию в данном районе коралловых рифов.

Гольфстрим, берущий начало в Мексиканском заливе, несет огромное количество тонкой глинистой взвеси, в которой преобладает монтмориллонит. Взвешенный материал попадает в Мексиканский залив в составе твердого стока Миссисипи и ряда мелких рек, выходящих к побережью Техаса. Исследования последних лет свидетельствуют о существовании в данном районе придонного, промежуточных и поверхностного нефелоидных потоков, которые поддерживаются не только выносами рек, но и приливно‑отливными явлениями. Из лагун, которыми изобилует побережье Техаса, в отлив выносится тонкий глинистый материал в виде нефелоидных потоков малой плотности. Самый значительный из них, придонный, прослеживается до кромки шельфа. Подобных примеров можно привести еще немало. Следует, однако, признать, что нам еще мало известно об основных путях распространения тонкой терригенной и другой взвеси. Неясно, какая часть твердого речного стока оседает в авандельте и какая проходит ее, рассеиваясь над склоном и подножием.

Если устье реки расположено не очень далеко от вершины подводного каньона, какая‑то часть нефелоидных потоков перехватывается им и устремляется вниз, на подножие. Эти суспензионные течения малой плотности неоднократно наблюдались в ряде каньонов. Так, Ф. Шепард отметил суточные колебания подобного течения в каньоне реки Фрейзер и связал их с приливно‑отливным циклом, характерным для обширного района дельты. Один из нефелоидных потоков, порождаемый действием возвратных волн, устремляется на шельфе Калифорнии к каньону Сан‑Габриель. Он несет тонкий глинистый и алевритовый материал, мобилизованный в береговой зоне.

Широкое распространение суспензионных потоков малой плотности обусловило накопление так называемых гемипелагических осадков, прежде всего на континентальных окраинах. Это однородные глинистые или карбонатно (кремнисто)‑глинистые илы, в которых зачастую отсутствует примесь грубого материала и ясно выраженная слоистость. В глубоководных разрезах континентальных окраин гемипелагические илы разделяют горизонты турбидитного происхождения. Масштабы аккумуляции нефелоидных частиц весьма велики. Так, на атлантическом склоне США в голоцене скорость накопления гемипелагических, в основном глинистых, илов на отдельных участках составляла 22 см/1000 лет. Столь высокие значения А. П. Лисицын относит к «лавинным» скоростям.

Помимо потоков взвешенного материала речного происхождения, распространяющихся в виде струйных водных течений, существуют атмосферные потоки эолового материала. Это явление, называемое эоловым разносом, связано с сильными ветрами, поднимающими частицы с поверхности Земли в воздух и уносящими их в океан. Эоловый материал мобилизуется в основном в пустынных и полупустынных районах, слабо закрытых растительностью, т. е. в аридных поясах климата. Пыль, поднятую песчаной бурей на западе Сахары, через несколько дней извлекают из специальных ловушек на Багамских островах и побережье Флориды. Иногда этих районов достигают облака с довольно значительной концентрацией частиц, причем часть из них имеют довольно крупные размеры. А. П. Лисицын и другие исследователи показали, что ветровой разнос играет большую роль в формировании минерального состава абиссальных осадков. Во всяком случае, терригенная их часть в основном представлена эоловым материалом. Многие тончайшие пылевые частицы, поднятые ветром, прежде чем попасть в океан, несколько раз огибают земной шар в составе тропосферных вихрей. Этот перенос, идущий в широтном направлении, во многом определяет широтно‑зональный характер осадконакопления в открытом океане [Лисицын, 1974].

Помимо перечисленных форм миграции вещества от суши к океану, существует еще один механизм, действующий в высоких широтах. Речь идет о ледовом разносе, во время которого вместе с льдинами и айсбергами в море выносятся терригенные обломки. После того как лед растает, они опускаются на дно. Данный вид переноса определяет ход седиментации в высоких широтах.

Таким образом, вырисовывается довольно сложная картина распространения взвешенного вещества, поступающего в океан с суши. Существуют, однако, и другие его источники. Это прежде всего форменные элементы организмов, обитающих в водной толще, среди которых основную роль играет фитопланктон. Карбонатные и кремнистые скелетные остатки диатомей, радиолярий, фораминифер, кокколитофорид, птеропод и др. относятся к числу важнейших компонентов океанских осадков. Одни из них имеют мельчайшие размеры (например, диски кокколитов), другие, оказавшись на дне, попадают в алевритовую или песчаную фракцию осадка (0,01–1 мм). Поэтому, чтобы разглядеть в деталях раковинки формаминифер, достаточно исследовать их под бинокуляром, дающим увеличение в 30–50 раз. В то же время увидеть диски кокколитов можно, только используя электронный сканирующий микроскоп.

Еще одним важным источником взвешенного вещества в океане, участвующего в формировании донных осадков, являются вулканические частицы. Так как огромные их количества выбрасываются при извержениях вулканов в атмосферу, основным агентом их распространения становятся ветры.

До определенного времени ученые не задумывались над вопросом, каким образом мельчайшие частицы взвеси оказываются на дне. Ведь многим из лих необходимо опуститься сквозь толщу воды многокилометровой высоты. Большинство же взвешенных частиц настолько незначительны по весу, что по всем законам физики должны носиться по просторам океана тысячи, если не миллионы лет. Учитывая объемы поступления взвеси с континентов и из недр Земли за счет вулканических процессов, а также уровень биологической продукции самого океана, можно было бы ожидать его превращения во вселенское болото с мутными водами. Между тем океанские воды в целом чисты и прозрачны, если не учитывать так называемые антропогенные загрязнения. В чем же дело? Как происходит самоочищение океана?

Разгадка в буквальном смысле была спрятана в желудках копепод и других мелких животных, объединяемых под названием зоопланктона. Эти мелкие хищники, обитающие в поверхностном слое океана, питаются в основном фитопланктоном и детритным органическим веществом. Как выяснилось, именно они играют роль чистильщиков. Желудки многих из них оказались набитыми не только тельцами диатомей, кокколитов и других организмов, но также частичками биогенного и абиогенного происхождения. Эти живые сепараторы пропускают через себя огромное количество воды, фильтруя содержащиеся в ней мельчайшие частички. Эти частички в их желудках подвергаются воздействию ферментов. Из них извлекается все то, что может быть ассимилировано организмом, а остальное, склеенное в небольшие комочки округлой или вытянутой формы (в зависимости от вида животного), выталкивается наружу. Эти искусственные образования получили название фекальных пеллет. Пеллеты имеют песчаную или даже алевритовую размерность. Их вес достаточно велик, чтобы быстро опуститься сквозь столб воды на дно. Здесь под воздействием физико‑химических факторов среды и микроорганизмов они вскоре разрушаются. Поэтому в составе осадка редко можно увидеть целые пеллеты. Выполнив свою роль, они, как правило, исчезают. Лишь в мелководных обстановках – лагунах и приливно‑отливных площадках, а также в затишных участках шельфа в структуре осадков этот компонент встречается в большом количестве. Впрочем, и здесь век пеллет недолог, вместе с другим материалом их пропускают через свои желудки бентосные организмы. Их фекальные остатки попадаются гораздо чаще.

Механизм изымания организмами из воды взвешенных частиц, благодаря которому они попадают на дно в составе фекальных пеллет, получил название биоседиментации.