Карбонатная платформа — это осадочное тело, обладающее топографическим рельефом и состоящее из автохтонных известковых отложений. [1] Рост платформы опосредован сидячими организмами, скелеты которых формируют риф , или организмами (обычно микробами ), которые вызывают осаждение карбонатов посредством своего метаболизма . Поэтому карбонатные платформы не могут расти везде: они не присутствуют в местах, где существуют ограничивающие факторы для жизни рифообразующих организмов. Такими ограничивающими факторами являются, среди прочего: свет , температура воды , прозрачность и значение pH. Например, карбонатное осаждение вдоль атлантического побережья Южной Америки происходит везде, кроме устья реки Амазонки , из-за сильной мутности воды там. [2] Яркими примерами современных карбонатных платформ являются Багамские банки , под которыми толщина платформы составляет около 8 км, полуостров Юкатан , толщина которого достигает 2 км, Флоридская платформа, [3] платформа, на которой растет Большой Барьерный риф , и Мальдивские атоллы . [4] Все эти карбонатные платформы и связанные с ними рифы ограничены тропическими широтами. [5] Сегодняшние рифы построены в основном склерактиниевыми кораллами , но в далеком прошлом другие организмы, такие как археоциаты (во время кембрийского периода ) 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, принесенным откуда-то еще, как песок или гравий. [1] [6] Это подразумевает, например, что карбонатные платформы могут расти вдали от береговых линий континентов, как в случае с атоллами Тихого океана.
Минералогический состав карбонатных платформ может быть либо кальцитовым , либо арагонитовым . Морская вода перенасыщена карбонатом, поэтому при определенных условиях возможно осаждение CaCO3. Осаждение карбоната термодинамически благоприятно при высокой температуре и низком давлении . Возможны три типа осаждения карбоната: биотически контролируемое , биотически вызванное и абиотическое . Осаждение карбоната контролируется биотически , когда присутствуют организмы (например, кораллы), которые используют карбонат, растворенный в морской воде, для построения своих кальцитовых или арагонитовых скелетов. Таким образом, они могут образовывать жесткие рифовые структуры. Биотически вызванное осаждение происходит вне клетки организма, поэтому карбонат не производится организмами напрямую, а осаждается из-за их метаболизма. Абиотическое осаждение, по определению, подразумевает малое или вообще не подразумевает биологического влияния. [6]
Три типа осадков (абиотические, биотически вызванные и биотически контролируемые) группируются в три «карбонатные фабрики». Карбонатная фабрика — это ансамбль 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 — это геологическая структура параавтохотонных карбонатных осадков и карбонатных пород, имеющая морфологический рельеф. [6]
На этих карбонатных фабриках осадки контролируются биотически, в основном автотрофными организмами. Организмы, которые строят такие платформы, сегодня в основном кораллы и зеленые водоросли , которым нужен солнечный свет для фотосинтеза, и поэтому они живут в эвфотической зоне (т. е. мелководной среде, в которую легко проникает солнечный свет). Тропические карбонатные фабрики сегодня присутствуют только в теплых и освещенных солнцем водах тропико-субтропического пояса, и они имеют высокие показатели производства карбоната, но только в узком окне глубины. [6] Осадочный профиль тропической фабрики называется «ободковым» и включает три основные части: лагуну , риф и склон. В рифе каркас, образованный крупными скелетами, такими как скелеты кораллов, и инкрустирующими организмами, сопротивляется воздействию волн и образует жесткое нагромождение, которое может развиваться до уровня моря. [7] Наличие обода создает ограниченную циркуляцию в области заднего рифа, и может образоваться лагуна, в которой часто образуется карбонатный ил. Когда нарастание рифа достигает точки, когда подножие рифа оказывается ниже основания волны, образуется склон: осадки склона образуются в результате эрозии края волнами, штормами и гравитационными обрушениями. [6] [7] Этот процесс накапливает коралловые обломки в клиноформах. Максимальный угол, которого может достичь склон, — это угол оседания гравия (30–34°). [8]
На этих карбонатных фабриках осадки биотически контролируются гетеротрофными организмами, иногда в ассоциации с фотоавтотрофными организмами, такими как красные водоросли . Типичная скелетная ассоциация включает фораминиферы , красные водоросли и моллюски . Несмотря на то, что красные водоросли являются автотрофными, они в основном связаны с гетеротрофными производителями карбоната и нуждаются в меньшем количестве света, чем зеленые водоросли. Диапазон распространения фабрик прохладной воды простирается от предела тропической фабрики (примерно на 30◦) до полярных широт, но они также могут встречаться на низких широтах в термоклине под теплыми поверхностными водами или в областях апвеллинга. [9] Этот тип фабрик имеет низкий потенциал производства карбоната, в значительной степени независим от наличия солнечного света и может поддерживать большее количество питательных веществ, чем тропические фабрики. Карбонатные платформы, построенные «фабрикой прохладной воды», демонстрируют два типа геометрии или осадочного профиля, т. е. гомоклинальный пандус или дистально-крутой пандус. 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 пандусах дистальный уступ формируется между средним и внешним пандусом, за счет накопления на месте карбонатных зерен размером с гравий [9]
Эти фабрики характеризуются абиотическими осадками и биотически вызванными осадками. Типичные экологические условия, в которых в фанерозое встречаются «фабрики грязевых холмов», — это дисфотические или афотические , богатые питательными веществами воды с низким содержанием кислорода, но не бескислородные . Такие условия часто преобладают в термоклине, например, на промежуточных глубинах воды под смешанным слоем океана . [6] Наиболее важным компонентом этих платформ является мелкозернистый карбонат, который осаждается in situ ( автомикрит ) в результате сложного взаимодействия биотических и абиотических реакций с микробами и разлагающейся органической тканью. [6] Фабрики грязевых холмов не производят скелетную ассоциацию, но у них есть специфические фации и микрофации, например, строматолиты , которые представляют собой слоистые микробиалиты , и тромболиты , которые представляют собой микробиалиты, характеризующиеся сгустившейся пелоидной тканью в микроскопическом масштабе и дендроидной тканью в масштабе ручного образца. Геометрия этих платформ имеет форму насыпи, где вся насыпь продуктивна, включая склоны. [6]
На геометрию карбонатной платформы влияют несколько факторов, включая унаследованный рельеф, синседиментационная тектоника , воздействие течений и пассатов . Различают два основных типа карбонатных платформ на основе их географического положения: изолированные (как атоллы Мальдив ) 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, мы можем выделить три типа карбонатных платформ: карбонатные платформы T-типа (образованные «тропическими фабриками»), карбонатные платформы C-типа (образованные «фабриками прохладной воды»), карбонатные платформы M-типа («образованные фабриками грязевых холмов»). Каждая из них имеет свою собственную типичную геометрию. [6]
Профиль осадконакопления карбонатных платформ Т-типа можно подразделить на несколько осадочных сред . [1]
Карбонатные внутренние районы являются наиболее приближенной к суше средой, состоящей из выветренных карбонатных пород . Эвапоритовая приливная отмель является типичной средой с низкой энергией.
Внутренняя лагуна , как следует из названия, является частью платформы за рифом. Она характеризуется мелководьем и спокойной водой, поэтому является низкоэнергетической осадочной средой. Осадки состоят из фрагментов рифа, твердых частей организмов и, если платформа эпиконтинентальная, также из терригенного вклада. В некоторых лагунах (например, в заливе Флорида ) 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, созданный крупными скелетами, такими как скелеты кораллов, и инкрустирующими организмами, будет противостоять воздействию волн и образовывать жесткое наращивание, которое может развиться до уровня моря. Выживание платформы зависит от существования рифа, потому что только эта часть платформы может построить жесткую, устойчивую к волнам структуру. Риф создан по существу местными, сидячими организмами. Сегодняшние рифы в основном построены герматипными кораллами. С геологической точки зрения рифовые породы можно классифицировать как массивные баундстоуны .
Склон — это внешняя часть платформы, соединяющая риф с бассейном. Эта среда осадконакопления действует как сток для избыточного карбонатного осадка: большая часть осадка, образующегося в лагуне и рифе, переносится различными процессами и накапливается на склоне, наклон которого зависит от размера зерен осадка, и который может достигать угла оседания гравия (30-34°) максимум. [8] Склон содержит более грубые осадки, чем риф и лагуна. Эти породы обычно представляют собой рудстоуны или грейнстоуны .
Периплатформенный бассейн является самой внешней частью карбонатной платформы Т-типа, и карбонатное осадконакопление там происходит под влиянием каскадных процессов плотности. [10]
Наличие обода гасит действие волн в области заднего рифа, и может образоваться лагуна, в которой часто образуется карбонатный ил. Когда нарастание рифа достигает точки, в которой подножие рифа оказывается ниже основания волны, образуется склон: осадки склона образуются в результате эрозии края волнами, штормами и гравитационными обрушениями. Этот процесс накапливает коралловые обломки в клиноформах. Клиноформы — это слои , имеющие сигмоидальную или пластинчатую форму, но всегда отлагающиеся с первичным наклоном.
Размер карбонатной платформы Т-типа от внутренних районов до подножия склона может составлять десятки километров. [6]
Карбонатные платформы типа C характеризуются отсутствием ранней цементации и литификации , поэтому распределение осадков обусловлено только волнами и, в частности, происходит над основанием волны . Они демонстрируют два типа геометрии или осадочного профиля, т. е. гомоклинальный рамп или дистально-крутой рамп. В обеих геометриях есть три части. Во внутреннем рампе, над основанием волны хорошей погоды , производство карбоната достаточно медленное, чтобы все осадки могли переноситься в море волнами, течениями и штормами. Как следствие, береговая линия может отступать, и поэтому во внутреннем рампе может быть обрыв, вызванный эрозионными процессами. В среднем рампе, между основанием волны хорошей погоды и основанием штормовой волны, карбонатные осадки остаются на месте и могут перерабатываться только штормовыми волнами. Во внешнем рампе, под основанием штормовой волны, могут накапливаться мелкие осадки. В дистально крутых пандусах дистальная ступень формируется между средним и внешним пандусом, путем накопления на месте карбонатных зерен размером с гравий (например, родолитов ), которые лишь эпизодически перемещаются течениями. Производство карбоната происходит вдоль всего осадочного профиля в этом типе карбонатных платформ, с дополнительным производством во внешней части среднего пандуса, но скорости производства карбоната всегда ниже, чем в карбонатных платформах типа T. [7] [6]
Карбонатные платформы типа М характеризуются внутренней платформой, внешней платформой, верхним склоном, образованным микробиальным баундстоуном , и нижним склоном, часто образованным брекчией . Склон может быть круче угла естественного откоса гравия, с наклоном, который может достигать 50°.
В карбонатных платформах типа М карбонатообразование происходит в основном на верхнем склоне и во внешней части внутренней платформы. [7] [11]
Осадочные последовательности показывают карбонатные платформы, возраст которых близок к докембрию , когда они были образованы строматолитовыми последовательностями. В кембрии карбонатные платформы были построены археоциатами . В палеозое были возведены рифы брахиопод (рихтофениды) и строматопороиды . В середине палеозойской эры кораллы стали важными строителями платформ, сначала с табулатами (из силура ), а затем с ругозой (из девона ). Склерактинии стали важными строителями рифов, начиная только с карнийского яруса (верхний триас ). Некоторые из лучших примеров карбонатных платформ находятся в Доломитах , отложившихся во время триаса. Этот регион Южных Альп содержит много хорошо сохранившихся изолированных карбонатных платформ, включая Селла , Гарденачча , Сассолунго и Латемар . Среднелейасовая карбонатная платформа «багамского типа» формации Аганане в Марокко (Septfontaine, 1985) характеризуется накоплением автоциклических регрессивных циклов , впечатляющими супратидальными отложениями и вадозными диагенетическими особенностями со следами динозавров . [12] Более молодая группа Тафраут (тоар-аален) регистрирует массивную силикластик-карбонатную платформу. [13] Известняк Будош в Черногории регистрирует еще одну тоарскую платформу с возникшими островами. [14] Формация Коимбра (синемюр) в Лузитанском бассейне регистрирует похожую среду. [15] Ааленская иберийская платформа включает вулканические интрузии, которые привели к образованию эфемерных островов в формации Эль-Педрегаль . [16] Меловой ( кампанский ) Calcare di Aurisina в Италии, регистрирует ряд островов, прилегающих к мелководному карбонатному морю на платформе, построенной двустворчатыми моллюсками ( рудистами ). [17] Тунисские прибрежные "шотты" и их циклические илистые отложения представляют собой хороший недавний эквивалент (Davaud & Septfontaine, 1995). Такие циклы также наблюдались в мезозоеАравийская платформа, Оман и Абу-Даби (Septfontaine & De Matos, 1998) с одинаковой микрофауной фораминифер в почти идентичной биостратиграфической последовательности.
Что касается стратиграфии последовательностей силикокластических систем, карбонатные платформы представляют некоторые особенности, которые связаны с тем, что карбонатные осадки осаждаются непосредственно на платформе, в основном при участии живых организмов, а не только переносятся и откладываются. [1] Среди этих особенностей карбонатные платформы могут подвергаться затоплению и могут быть источником осадка посредством сброса с высокого уровня моря или со склона. [6]
Затопление карбонатной платформы — это событие, при котором относительный уровень моря повышается быстрее, чем скорость накопления на карбонатной платформе, что в конечном итоге приводит к погружению платформы ниже эвфотической зоны . [18] В геологической летописи затопленной карбонатной платформы неритовые отложения быстро превращаются в глубоководные отложения. Обычно хардграунды с оксидами ферромарганца , фосфатными или глауконитовыми корками лежат между неритовыми и глубоководными отложениями. [18]
В геологической летописи было обнаружено несколько затопленных карбонатных платформ. Однако не совсем ясно, как именно происходит затопление карбонатных платформ. Современные карбонатные платформы и рифы, по оценкам, растут примерно на 1000 мкм/год, возможно, в несколько раз быстрее в прошлом. Скорость роста карбонатов на 1000 мкм/год на порядки превышает любое относительное повышение уровня моря , вызванное долгосрочным оседанием или изменениями эвстатического уровня моря . Исходя из скоростей этих процессов, затопление карбонатных платформ не должно быть возможным, что и вызывает «парадокс затопленных карбонатных платформ и рифов». [18]
Поскольку затопление карбонатных платформ требует исключительного повышения относительного уровня моря , только ограниченное число процессов может вызвать его. Согласно Шлагеру, [18] только аномально быстрый рост относительного уровня моря или сокращение роста бентоса , вызванное ухудшением изменений в окружающей среде, могут объяснить затопление платформ. Например, региональный сброс, подводный вулканизм или гляциоэвстазия могут быть причиной быстрого повышения относительного уровня моря , тогда как, например, изменения солености океана могут привести к тому, что окружающая среда станет ухудшающейся для производителей карбоната. [18]
Один из примеров затопленной карбонатной платформы находится в заливе Хуон , Папуа-Новая Гвинея . Считается, что она затонула из-за быстрого повышения уровня моря, вызванного дегляциацией и оседанием платформы, что позволило коралловым водорослево- фораминиферовым конкрециям и известнякам галимеда покрыть коралловые рифы . [19]
Движения плит, переносящие карбонатные платформы в широты, неблагоприятные для производства карбоната, также считаются одной из возможных причин затопления [ необходимо дополнительное объяснение ] . [18] [7] Например, гайоты , расположенные в бассейне Тихого океана между Гавайскими и Марианскими островами , как полагают, переносятся в низкие южные широты (0-10° ю.ш.), где происходит экваториальный апвеллинг . [7] Высокое количество питательных веществ и более высокая продуктивность вызывают снижение прозрачности воды и увеличение популяций биоэрозионов, что снижает накопление карбоната и в конечном итоге приводит к затоплению [ необходимо дополнительное объяснение ] . [7] [20]
Сброс высокого стояния — это процесс, при котором карбонатная платформа производит и сбрасывает большую часть осадков в соседний бассейн во время высокого стояния уровня моря. Этот процесс наблюдался на всех карбонатных платформах с окаймлением в четвертичном периоде, таких как Большая Багамская банка . Плоские верхушки, окаймленные платформы с крутыми склонами показывают более выраженный сброс высокого стояния, чем платформы с пологими склонами и карбонатными системами с прохладной водой. [21]
Осыпание при высоком уровне моря выражено на тропических карбонатных платформах из-за комбинированного эффекта образования осадков и диагенеза . [6] Образование осадков на платформе увеличивается с ее размером, и во время высокого уровня моря верхняя часть платформы затапливается, а продуктивная площадь больше по сравнению с условиями низкого уровня моря , когда только минимальная часть платформы доступна для производства. [6] Эффект увеличенного образования при высоком уровне моря усиливается быстрой литификацией карбоната во время низкого уровня моря, поскольку обнаженная верхняя часть платформы карстируется , а не размывается, и не выносит осадок. [6]
Сброс склона — это типичный для микробных платформ процесс, в котором производство карбоната почти не зависит от колебаний уровня моря. Карбонатная фабрика, состоящая из микробных сообществ, осаждающих микробиалиты , нечувствительна к свету и может простираться от разлома платформы вниз по склону на сотни метров в глубину. Падение уровня моря любой разумной амплитуды не окажет существенного влияния на области производства склона. Микробные системы склонов баундстоуна заметно отличаются от тропических платформ по профилям производства осадков, процессам перестройки склона и источникам осадков. Их проградация не зависит от сброса осадков платформы и в значительной степени обусловлена сбросом склона. [11]
Примерами окраин, которые могут быть затронуты оползнем склона и характеризуются различным вкладом микробного роста карбоната в верхнюю часть склона и окраину, являются:
