Карбонатная платформа — осадочное тело с рельефным рельефом, сложенное автохтонными известковыми отложениями. [1] Рост платформы опосредован сидячими организмами, чьи скелеты образуют риф , или организмами (обычно микробами ), которые вызывают осаждение карбонатов посредством своего метаболизма . Поэтому карбонатные платформы не могут расти повсеместно: они не присутствуют там, где существуют лимитирующие факторы для жизни рифообразующих организмов. К таким ограничивающим факторам относятся, среди прочего: свет , температура воды , прозрачность и значение pH. Например, карбонатная седиментация вдоль атлантического побережья Южной Америки происходит повсюду, кроме устья реки Амазонки , из-за сильной мутности тамошней воды. [2] Яркими примерами современных карбонатных платформ являются Багамские банки , под которыми платформа имеет толщину примерно 8 км, полуостров Юкатан , мощность которого достигает 2 км, платформа Флорида , [3] платформа, на которой находится Большой Барьер. Рифы растут, а Мальдивские атоллы . [4] Все эти карбонатные платформы и связанные с ними рифы приурочены к тропическим широтам. [5] Сегодняшние рифы построены в основном склерактиновыми кораллами , но в далеком прошлом другие организмы, такие как археоциаты (в кембрийском периоде ) или вымершие книдарии ( табулата и ругоза ), были важными строителями рифов.
Что отличает среду карбонатной платформы от других сред осадконакопления, так это то, что карбонат является продуктом осадков, а не осадком, перенесенным откуда-либо, как в случае песка или гравия. [1] [6] Это означает, например, что карбонатные платформы могут расти далеко от береговых линий континентов, как и на тихоокеанских атоллах.
Минералогический состав карбонатных платформ может быть как кальцитовым , так и арагонитовым . Морская вода перенасыщена карбонатами, поэтому при определенных условиях возможно осаждение CaCO 3 . Осаждение карбонатов термодинамически благоприятно при высокой температуре и низком давлении . Возможны три типа осаждения карбонатов: биоконтролируемый , биоиндуцированный и абиотический . Выпадение карбонатов контролируется биотически, когда присутствуют организмы (такие как кораллы), которые используют карбонат, растворенный в морской воде, для построения своего кальцитового или арагонитового скелета. Таким образом, они могут образовывать твердые рифовые структуры. Биотически индуцированное осаждение происходит вне клетки организма, поэтому карбонат не вырабатывается организмами напрямую, а осаждается в результате их метаболизма. Абиотические осадки, по определению, практически не оказывают биологического воздействия. [6]
Три типа осадков (абиотические, биоиндуцированные и биотически контролируемые) группируются в три «карбонатные фабрики». Карбонатная фабрика — это совокупность осадочной среды , промежуточных организмов и процессов осаждения, которые приводят к образованию карбонатной платформы. Различия между тремя фабриками заключаются в доминирующем пути осаждения и скелетных ассоциациях. Напротив, карбонатная платформа представляет собой геологическую структуру параавтохотонных карбонатных отложений и карбонатных пород, имеющую морфологический рельеф. [6]
На этих карбонатных фабриках выпадение осадков контролируется биотически, в основном автотрофными организмами. Организмы, которые строят платформы такого типа, сегодня в основном представляют собой кораллы и зеленые водоросли , которым необходим солнечный свет для фотосинтеза и поэтому они живут в эвфотической зоне (т. е. на мелководье, куда легко проникает солнечный свет). Тропические карбонатные фабрики сегодня существуют только в теплых и освещенных солнцем водах тропическо-субтропического пояса и имеют высокие темпы производства карбонатов, но только в узком окне глубин. [6] Профиль осадконакопления Тропической фабрики называется «окаймленным» и включает в себя три основные части: лагуну , риф и склон. Каркас рифа, образованный крупными скелетами, например кораллов, и коралловыми организмами, сопротивляется воздействию волн и образует жесткую постройку, которая может развиваться вплоть до уровня моря. [7] Наличие обода приводит к ограничению циркуляции в задней части рифа, и может образоваться лагуна, в которой часто образуется карбонатная грязь. Когда нарастание рифа достигает точки, когда подножие рифа находится ниже основания волны, образуется склон: отложения на склоне образуются в результате эрозии края волнами, штормами и гравитационными обрушениями. [6] [7] В результате этого процесса коралловые обломки накапливаются в клиноформах. Максимальный угол, которого может достичь уклон, — это угол осадки гравия (30–34°). [8]
На этих карбонатных фабриках выпадение осадков биотически контролируется гетеротрофными организмами, иногда в сочетании с фотоавтотрофными организмами, такими как красные водоросли . Типичная скелетная ассоциация включает фораминиферы , красные водоросли и моллюски . Несмотря на автотрофность, красные водоросли в основном связаны с гетеротрофными производителями карбонатов и нуждаются в меньшем количестве света, чем зеленые водоросли. Ареал распространения холодноводных фабрик простирается от границы тропической фабрики (около 30°) до полярных широт, но они могут встречаться и в низких широтах, в термоклине ниже теплых поверхностных вод или в районах апвеллинга. [9] Фабрики этого типа имеют низкий потенциал производства карбонатов, в значительной степени не зависят от наличия солнечного света и могут поддерживать большее количество питательных веществ, чем тропические фабрики. Карбонатные платформы, построенные «фабрикой холодной воды», имеют два типа геометрии или профиля осадконакопления: гомоклинальный наклон или наклон с дистальной крутизной. В обеих геометриях есть три части: внутренний пандус над основанием волны хорошей погоды , средний пандус над основанием штормовой волны, внешний пандус под основанием штормовой волны. В дистально крутых скатах дистальная ступень образуется между средним и внешним скатами за счет накопления на месте зерен карбоната размером с гравий [9].
Эти фабрики характеризуются абиотическими осадками и биотическими осадками. Типичные условия окружающей среды, где в фанерозое встречаются «фабрики из грязевых насыпей», представляют собой дисфотические или афотические , богатые питательными веществами воды с низким содержанием кислорода, но не бескислородные . Эти условия часто преобладают в термоклине, например, на средних глубинах воды ниже смешанного слоя океана . [6] Наиболее важным компонентом этих платформ является мелкозернистый карбонат, который осаждается на месте ( автомикрит ) в результате сложного взаимодействия биотических и абиотических реакций с микробами и разлагающейся органической тканью. [6] Грязевые фабрики не производят скелетных ассоциаций, но у них есть специфические фации и микрофации, например, строматолиты , которые представляют собой слоистые микробиалиты , и тромболиты , которые представляют собой микробиалиты , характеризующиеся свернувшейся пелоидной тканью в микроскопическом масштабе и дендроидной тканью. в масштабе ручной выборки. Геометрия этих площадок курганная, где продуктивной является вся насыпь, включая склоны. [6]
На геометрию карбонатной платформы влияют несколько факторов, включая унаследованную топографию, синседиментационную тектонику , воздействие течений и пассатов . В зависимости от их географического положения выделяют два основных типа карбонатных платформ: изолированные (как атоллы Мальдивских островов ) или эпиконтинентальные (как рифы Белиза или Флорида-Кис ). Однако наиболее важным фактором, влияющим на геометрию, является, пожалуй, тип карбонатной фабрики. В зависимости от доминирующей карбонатной фабрики можно выделить три типа карбонатных платформ: карбонатные платформы Т-типа (производятся «тропическими фабриками»), карбонатные платформы С-типа (производятся «фабриками прохладной воды»), карбонатные платформы М-типа. платформы («производства грязевых заводов»). Каждый из них имеет свою типичную геометрию. [6]
Профиль осадконакопления карбонатных платформ Т-типа можно разделить на несколько осадочных обстановок . [1]
Карбонатные внутренние районы — это наиболее удаленная от суши среда, состоящая из выветрелых карбонатных пород . Эвапоритовая приливная равнина представляет собой типичную низкоэнергетическую среду.
Внутренняя лагуна , как следует из названия, представляет собой часть платформы за рифом. Для него характерны мелководье и спокойное море, поэтому это низкоэнергетическая осадочная среда. Осадки сложены обломками рифов, твердыми частями организмов, а если платформа эпиконтинентальная, то и терригенной примесью. В некоторых лагунах (например, во Флоридском заливе ) зеленые водоросли производят большие объемы карбонатного ила. Породы здесь представляют собой аргиллиты или грейнстоуны , в зависимости от энергии окружающей среды.
Риф представляет собой жесткую структуру карбонатных платформ и расположен между внутренней лагуной и склоном, на краю платформы , в котором каркас, образованный скелетами крупных размеров, например, кораллов, и обрастающими организмами, будет сопротивляться воздействию волн и образуют жесткое образование, которое может развиваться до уровня моря. Выживание платформы зависит от существования рифа, поскольку только эта часть платформы может построить жесткую, устойчивую к волнам конструкцию. Риф создан, по сути, сидячими организмами на месте. Сегодняшние рифы в основном состоят из герматипических кораллов. С геологической точки зрения рифовые породы можно отнести к массивным баундстоунам .
Склон — внешняя часть платформы, соединяющая риф с котловиной . Эта среда осадконакопления действует как поглотитель избытка карбонатных отложений: большая часть осадков, образующихся в лагуне и рифах, переносится различными процессами и накапливается на склоне с наклоном, зависящим от размера зерен отложений, который может достигать угла оседания. гравия (30-34°) не более. [8] Склон содержит более грубые отложения, чем риф и лагуна. Эти породы обычно представляют собой рудстоуны или грейнстоуны .
Периплатформенный бассейн представляет собой крайнюю часть карбонатной платформы Т-типа, и в карбонатной седиментации здесь преобладают процессы каскадной плотности. [10]
Наличие обода ослабляет действие волн в задней части рифа, и может образоваться лагуна, в которой часто образуется карбонатный ил. Когда нарастание рифа достигает точки, когда подножие рифа находится ниже основания волны, образуется склон: отложения на склоне образуются в результате эрозии края волнами, штормами и гравитационными обрушениями. В результате этого процесса коралловый мусор накапливается в клиноформах. Клиноформы — пласты , имеющие сигмоидальную или таблитчатую форму, но залегающие всегда с преимущественным наклоном.
Размеры карбонатной платформы Т-типа от внутренних районов до подножия склона могут достигать десятков километров. [6]
Карбонатные платформы С-типа характеризуются отсутствием ранней цементации и литификации , поэтому распределение осадков определяется только волнами и, в частности, происходит над подошвой волны . Они демонстрируют два типа геометрии или профиля осадконакопления, т.е. гомоклинальный наклон или наклон с дистальной крутизной. В обеих геометриях есть три части. На внутреннем склоне, над основанием волны в хорошую погоду , производство карбонатов происходит достаточно медленно, поэтому все отложения могут быть перенесены в море волнами, течениями и штормами. Как следствие, береговая линия может отступать, и на внутреннем скате может образоваться обрыв, вызванный эрозионными процессами. В среднем скате, между основанием волны хорошей погоды и основанием штормовой волны, карбонатные осадки остаются на месте и могут перерабатываться только штормовыми волнами. На внешнем пандусе, ниже основания штормовой волны, могут скапливаться мелкие отложения. В дистально крутых склонах дистальная ступень образуется между средним и внешним склоном за счет накопления in situ зерен карбоната размером с гравий (например, родолитов ), лишь эпизодически перемещаемых течениями. Добыча карбонатов происходит по всему профилю отложений на карбонатных платформах этого типа с дополнительной добычей во внешней части среднего пандуса, но темпы добычи карбонатов всегда меньше, чем на карбонатных платформах Т-типа. [7] [6]
Карбонатные платформы М-типа характеризуются внутренней платформой, внешней платформой, верхним склоном, сложенным микробным баундстоуном , и нижним склоном, часто состоящим из брекчии . Склон может быть более крутым, чем угол естественного откоса гравия, с наклоном, достигающим 50°.
На карбонатных платформах типа М добыча карбонатов в основном происходит на верхнем склоне и во внешней части внутренней платформы. [7] [11]
Осадочные толщи показывают карбонатные платформы, возраст которых равен докембрию , когда они были сформированы строматолитовыми толщами. В кембрии карбонатные платформы были построены археоциатами . В палеозое были возведены брахиоподовые (рихтофениды) и строматопороидные рифы. В середине палеозоя кораллы стали важными строителями платформ, сначала с табулатом (из силура ), а затем с ругосой (из девона ). Склерактинии стали важными строителями рифов, начиная только с карнского периода (верхний триас ). Некоторые из лучших примеров карбонатных платформ находятся в Доломитовых Альпах , отложившихся в триасовый период. В этом регионе Южных Альп находится множество хорошо сохранившихся изолированных карбонатных платформ, в том числе Селла , Гарденачча , Сассолунго и Латемар . Среднелиасовая карбонатная платформа «багамского типа» формации Аганан в Марокко (Septfontaine, 1985) характеризуется накоплением автоциклических регрессивных циклов , впечатляющими надприливными отложениями и вадозными диагенетическими особенностями со следами динозавров . Тунисские прибрежные «шоты» и их циклические илистые отложения представляют собой хороший современный эквивалент (Davaud & Septfontaine, 1995). Подобные циклы наблюдались также на мезозойской Арабской платформе, Омане и Абу-Даби (Septfontaine, De Matos, 1998) с той же микрофауной фораминифер в практически одинаковой биостратиграфической последовательности.
В меловой период существовали платформы, построенные двустворчатыми моллюсками ( рудистами ).
В разрезе стратиграфии кремнеобломочных систем карбонатные платформы имеют некоторые особенности, связанные с тем, что карбонатные осадки осаждаются непосредственно на платформе, преимущественно с участием живых организмов, а не только переносятся и откладываются. [1] Среди этих особенностей карбонатные платформы могут подвергаться затоплению и могут быть источником отложений в результате оползня высокого уровня или склона. [6]
Затопление карбонатной платформы — это событие, при котором относительный подъем уровня моря превышает скорость накопления на карбонатной платформе, что в конечном итоге приводит к погружению платформы ниже эвфотической зоны . [12] В геологической летописи затопленной карбонатной платформы неритовые отложения быстро превращаются в глубоководные морские отложения. Обычно твердые грунты с оксидами железомарганца , фосфатными или глауконитовыми корками залегают между неритовыми и глубоководными морскими отложениями. [12]
В геологических летописях обнаружено несколько затопленных карбонатных платформ. Однако до сих пор не совсем ясно, как именно происходит затопление карбонатных платформ. По оценкам, современные карбонатные платформы и рифы растут примерно на 1000 мкм в год, что, возможно, в несколько раз быстрее в прошлом. Скорость роста карбонатов со скоростью 1000 мкм/год на порядки превышает любое относительное повышение уровня моря , вызванное длительным опусканием или изменением эвстатического уровня моря . Судя по скорости этих процессов, затопление карбонатных платформ не должно быть возможным, что и вызывает «парадокс затопленных карбонатных платформ и рифов». [12]
Поскольку затопление карбонатных платформ требует исключительного повышения относительного уровня моря , вызвать его может только ограниченное количество процессов. По мнению Шлагера [12] , только аномально быстрый подъем относительного уровня моря или замедление роста бентоса , вызванное ухудшающимися изменениями в окружающей среде, могли объяснить затопление платформ. Например, региональный разлом, подводный вулканизм или гляциоэвстазия могут быть причиной быстрого повышения относительного уровня моря , тогда как, например, изменения солености океана могут привести к ухудшению окружающей среды для производителей карбонатов. [12]
Один из примеров затопленной карбонатной платформы находится в заливе Хуон , Папуа-Новая Гвинея . Считается, что он затонул в результате быстрого повышения уровня моря, вызванного исчезновением ледников и опусканием платформы, что позволило коралловым альгал- фораминиферовым конкрециям и известнякам -халимедам покрыть коралловые рифы . [13]
Движение плит, переносящее карбонатные платформы в широты , неблагоприятные для добычи карбонатов, также считается одной из возможных причин затопления [ необходимы дальнейшие объяснения ] . [12] [7] Например, считается, что гайоты , расположенные в Тихоокеанском бассейне между Гавайскими и Марианскими островами, были перенесены в низкие южные широты (0-10° ю.ш.), где произошел экваториальный апвеллинг . [7] Высокое количество питательных веществ и более высокая продуктивность привели к снижению прозрачности воды и увеличению популяций биоразрушителей, что уменьшило накопление карбонатов и в конечном итоге привело к утоплению [ необходимо дальнейшее объяснение ] . [7] [14]
Выпадение высокого уровня моря — это процесс, при котором карбонатная платформа производит и сбрасывает большую часть отложений в соседний бассейн во время высокого уровня моря. Этот процесс наблюдался на всех карбонатных платформах с каймой в четвертичный период, таких как Большая Багамская банка . Платформы с плоскими вершинами, краями и крутыми склонами демонстрируют более выраженный опад, чем платформы с пологими склонами и карбонатными системами с прохладной водой. [15]
Выпадение высокого стояния выражено на тропических карбонатных платформах из-за совместного воздействия образования отложений и диагенеза . [6] Производство отложений на платформе увеличивается с ее размером, и во время высокого стояния верхняя часть платформы затоплена, а производственная площадь больше по сравнению с условиями нижнего стояния , когда для добычи доступна только минимальная часть платформы. [6] Эффект увеличения производства высокого уровня усиливается за счет быстрой литификации карбонатов во время низкого уровня стояния, поскольку обнаженная верхняя часть платформы закарстована , а не размыта, и не выносит осадочные породы. [6]
Сваливание склонов — это процесс, типичный для микробных платформ, в которых производство карбонатов практически не зависит от колебаний уровня моря. Карбонатная фабрика, состоящая из микробных сообществ, осаждающих микробиалиты , нечувствительна к свету и может простираться от обрыва платформы вниз по склону на сотни метров в глубину. Падение уровня моря любой разумной амплитуды не окажет существенного влияния на площади склонов. Склоновые системы микробного баундстоуна значительно отличаются от тропических платформ профилями образования отложений, процессами корректировки склонов и источниками отложений. Их распространение не зависит от осадка платформ и в значительной степени обусловлено оползнем склонов. [11]
Примерами окраин, на которые может повлиять оползень склона и которые характеризуются различным вкладом роста микробных карбонатов в верхнюю часть склона и окраину, являются:
