Осадочные породы — это типы горных пород , которые образуются путем накопления или отложения минеральных или органических частиц на поверхности Земли с последующей цементацией . Седиментация — это собирательное название процессов, которые заставляют эти частицы оседать на месте. Частицы, которые образуют осадочную породу, называются осадками и могут состоять из геологического детрита (минералов) или биологического детрита (органического вещества). Геологический детрит образовался в результате выветривания и эрозии существующих пород или затвердевания расплавленных лавовых капель, извергаемых вулканами. Геологический детрит переносится к месту отложения водой, ветром, льдом или движением масс , которые называются агентами денудации . Биологический детрит образовался из тел и частей (в основном раковин) мертвых водных организмов, а также их фекальной массы, взвешенных в воде и медленно накапливающихся на дне водоемов ( морской снег ). Седиментация может также происходить, когда растворенные минералы выпадают в осадок из водного раствора .
Осадочный покров континентов земной коры обширен (73% от современной поверхности суши Земли), [1] но осадочные породы, по оценкам, составляют всего 8% от объема земной коры. [2] Осадочные породы представляют собой лишь тонкую оболочку поверх земной коры, состоящей в основном из магматических и метаморфических пород . Осадочные породы залегают слоями в виде пластов , образуя структуру, называемую слоистостью . Осадочные породы часто залегают в крупных структурах, называемых осадочными бассейнами . Осадочные породы также были обнаружены на Марсе .
Изучение осадочных пород и пластов горных пород дает информацию о недрах, которая полезна для гражданского строительства , например, при строительстве дорог , домов , туннелей , каналов или других сооружений. Осадочные породы также являются важными источниками природных ресурсов, включая уголь , ископаемое топливо , питьевую воду и руды .
Изучение последовательности осадочных породных пластов является основным источником для понимания истории Земли , включая палеогеографию , палеоклиматологию и историю жизни . Научная дисциплина , изучающая свойства и происхождение осадочных пород, называется седиментологией . Седиментология является частью как геологии , так и физической географии и частично пересекается с другими дисциплинами в науках о Земле , такими как почвоведение , геоморфология , геохимия и структурная геология .
,_Sunset.jpg/1280px-Ulu%E1%B9%9Fu_(Ayers_Rock),_Sunset.jpg)
Осадочные породы можно разделить на четыре группы в зависимости от процессов, ответственных за их образование: обломочные осадочные породы, биохимические (биогенные) осадочные породы, химические осадочные породы и четвертая категория для «прочих» осадочных пород, образованных в результате ударов, вулканизма и других второстепенных процессов.
Кластические осадочные породы состоят из сцементированных вместе обломков горных пород ( кластов ). Класты обычно представляют собой отдельные зерна кварца , полевого шпата , глинистых минералов или слюды . Однако может присутствовать любой тип минерала. Класты также могут быть литическими фрагментами, состоящими из более чем одного минерала.
Кластические осадочные породы подразделяются в соответствии с преобладающим размером частиц. Большинство геологов используют шкалу размеров зерен Уддена-Вентворта и делят неконсолидированные осадки на три фракции: гравий (диаметр >2 мм), песок (диаметр от 1/16 до 2 мм) и ил (диаметр <1/16 мм). Ил далее делится на ил (диаметр от 1/16 до 1/256 мм) и глину (диаметр <1/256 мм). Классификация кластических осадочных пород параллельна этой схеме; конгломераты и брекчии состоят в основном из гравия, песчаники состоят в основном из песка , а иловые породы состоят в основном из ила. Это трехчастное подразделение отражается в широких категориях рудитов , аренитов и лютитов соответственно в более старой литературе.
Подразделение этих трех широких категорий основано на различиях в форме обломков (конгломераты и брекчии), составе (песчаники) или размере зерен или текстуре (глинистая порода).
Конгломераты в основном состоят из окатанного гравия, тогда как брекчии состоят преимущественно из угловатого гравия.
Схемы классификации песчаников сильно различаются, но большинство геологов приняли схему Дотта [3] , которая использует относительное содержание кварца, полевого шпата и зерен литического каркаса, а также содержание илистой матрицы между более крупными зернами.
Шесть названий песчаника возможны с использованием дескрипторов для состава зерен (кварцевый, полевошпатовый и литовый) и количества матрицы (вакка или аренит). Например, кварцевый аренит будет состоять в основном из (>90%) кварцевых зерен и иметь мало или совсем не иметь глинистой матрицы между зернами, литовый вакка будет иметь обильные литовые зерна и обильную илистую матрицу и т. д.
Хотя схема классификации Дотта [3] широко используется седиментологами, такие общие названия, как граувакка , аркоза и кварцевый песчаник, по-прежнему широко используются неспециалистами и в популярной литературе.
Грязевые породы — это осадочные породы, состоящие не менее чем на 50% из частиц ила и глины. Эти относительно мелкозернистые частицы обычно переносятся турбулентным потоком в воде или воздухе и осаждаются, когда поток успокаивается, и частицы оседают из суспензии .
Большинство авторов в настоящее время используют термин «глинистая порода» для обозначения всех пород, состоящих преимущественно из ила. [4] [5] [6] [7] Глинистые породы можно разделить на алевриты, состоящие преимущественно из частиц ила; аргиллиты с приблизительно равной смесью частиц ила и глины; и аргиллиты, состоящие в основном из частиц глины. [4] [5] Большинство авторов используют термин « сланец » в качестве термина для расщепляющейся глинистой породы (независимо от размера зерна), хотя в некоторой старой литературе термин «сланец» используется как синоним глинистой породы.
Биохимические осадочные породы создаются, когда организмы используют материалы, растворенные в воздухе или воде, для построения своих тканей. Примеры включают:
Химические осадочные породы образуются, когда минеральные компоненты в растворе становятся перенасыщенными и неорганически выпадают в осадок . Обычные химические осадочные породы включают оолитовый известняк и породы, состоящие из эвапоритовых минералов, таких как галит (каменная соль), сильвин , барит и гипс .
Эта четвертая смешанная категория включает вулканический туф и вулканическую брекчию, образованную путем отложения и последующей цементации фрагментов лавы, извергнутых вулканами, а также ударную брекчию, образовавшуюся после ударных событий .
Альтернативно осадочные породы можно подразделить на группы по составу на основе их минералогии:
Осадочные породы образуются, когда осадок откладывается из воздуха , льда, ветра, гравитации или водных потоков, переносящих частицы во взвешенном состоянии . Этот осадок часто образуется, когда выветривание и эрозия разбивают породу на рыхлый материал в области источника. Затем материал переносится из области источника в область осаждения. Тип перемещаемого осадка зависит от геологии внутренних районов (области источника осадка). Однако некоторые осадочные породы, такие как эвапориты , состоят из материала, который образуется в месте осаждения. Таким образом, природа осадочной породы зависит не только от поставки осадка, но и от осадочной осадочной среды , в которой она образовалась.
По мере накопления осадков в осадочной среде более старые осадки погребаются более молодыми осадками, и они подвергаются диагенезу. Диагенез включает в себя все химические, физические и биологические изменения, за исключением поверхностного выветривания, которым подвергается осадок после своего первоначального осаждения. Это включает в себя уплотнение и литификацию осадков. [8] Ранние стадии диагенеза, описываемые как эогенез , происходят на небольших глубинах (несколько десятков метров) и характеризуются биотурбацией и минералогическими изменениями в осадках, с небольшим уплотнением. [9] Красный гематит , который придает красным песчаникам их цвет, вероятно, образуется во время эогенеза. [10] [8] Некоторые биохимические процессы, такие как деятельность бактерий , могут влиять на минералы в породе и поэтому рассматриваются как часть диагенеза. [11]
Более глубокое захоронение сопровождается мезогенезом , во время которого происходит большая часть уплотнения и литификации. Уплотнение происходит, когда осадки подвергаются возрастающему давлению наносов (литостатическому) со стороны вышележащих отложений. Зерна осадка перемещаются в более компактные расположения, зерна пластичных минералов (таких как слюда ) деформируются, а поровое пространство сокращается. Осадки обычно насыщены грунтовыми водами или морской водой при первоначальном отложении, и по мере сокращения порового пространства большая часть этих реликтовых жидкостей вытесняется. В дополнение к этому физическому уплотнению может происходить химическое уплотнение посредством растворения под давлением . Точки контакта между зернами находятся под наибольшей деформацией, и напряженный минерал более растворим, чем остальная часть зерна. В результате точки контакта растворяются, позволяя зернам вступать в более тесный контакт. [8] Повышенное давление и температура стимулируют дальнейшие химические реакции, такие как реакции, посредством которых органический материал становится лигнитом или углем. [12]
Литификация тесно связана с уплотнением, поскольку повышенные температуры на глубине ускоряют осаждение цемента, который связывает зерна вместе. Растворение под давлением способствует этому процессу цементации , поскольку минерал, растворенный из напряженных точек контакта, переоткладывается в ненапряженные поровые пространства. Это еще больше снижает пористость и делает породу более компактной и прочной . [8]
Освобождение погребенной осадочной породы от кровли сопровождается телогенезом , третьей и последней стадией диагенеза. [9] Поскольку эрозия уменьшает глубину захоронения, возобновленное воздействие метеорных вод приводит к дополнительным изменениям в осадочной породе, таким как выщелачивание части цемента с образованием вторичной пористости . [8]
При достаточно высокой температуре и давлении сфера диагенеза уступает место метаморфизму — процессу, в результате которого образуются метаморфические породы . [13]
Цвет осадочной породы часто в основном определяется железом , элементом с двумя основными оксидами: оксидом железа (II) и оксидом железа (III) . Оксид железа (II) (FeO) образуется только в условиях низкого содержания кислорода ( бескислородных ) и придает породе серый или зеленоватый цвет. Оксид железа (III) (Fe 2 O 3 ) в среде с более высоким содержанием кислорода часто встречается в форме минерала гематита и придает породе красноватый или коричневатый цвет. В засушливом континентальном климате породы находятся в прямом контакте с атмосферой, и окисление является важным процессом, придающим породе красный или оранжевый цвет. Толстые последовательности красных осадочных пород, образовавшиеся в засушливом климате, называются красными пластами . Однако красный цвет не обязательно означает, что порода образовалась в континентальной среде или засушливом климате. [14]
Присутствие органического материала может окрасить горную породу в черный или серый цвет. Органический материал образуется из мертвых организмов, в основном растений. Обычно такой материал в конечном итоге разлагается в результате окисления или бактериальной активности. Однако в бескислородных условиях органический материал не может разлагаться и оставляет темный осадок, богатый органическим материалом. Это может происходить, например, на дне глубоких морей и озер. В таких средах смешивание воды происходит слабо; в результате кислород из поверхностных вод не попадает вниз, и отложенный осадок обычно представляет собой мелкую темную глину. Темные породы, богатые органическим материалом, поэтому часто являются сланцами. [14] [15]
Размер , форма и ориентация обломков (исходных кусков породы) в осадке называется его текстурой . Текстура является мелкомасштабным свойством породы, но определяет многие из ее крупномасштабных свойств, таких как плотность , пористость или проницаемость . [16]
Трехмерная ориентация обломков называется структурой породы. Размер и форма обломков могут быть использованы для определения скорости и направления течения в осадочной среде, которое переместило обломки из их источника; мелкий известковый ил оседает только в спокойной воде, в то время как гравий и более крупные обломки перемещаются только быстро движущейся водой. [17] [18] Размер зерна породы обычно выражается с помощью шкалы Вентворта, хотя иногда используются альтернативные шкалы. Размер зерна может быть выражен как диаметр или объем и всегда является средним значением, поскольку порода состоит из обломков разного размера. Статистическое распределение размеров зерен различно для разных типов пород и описывается свойством, называемым сортировкой породы. Когда все обломки имеют более или менее одинаковый размер, порода называется «хорошо отсортированной», а когда наблюдается большой разброс в размере зерен, порода называется «плохо отсортированной». [19] [20]
Форма обломков может отражать происхождение породы. Например, ракушечник , порода, состоящая из обломков сломанных раковин, может образоваться только в энергичной воде. Форму обломка можно описать с помощью четырех параметров: [21] [22]
Химические осадочные породы имеют необломочную текстуру, состоящую полностью из кристаллов. Для описания такой текстуры необходимы только средний размер кристаллов и структура.
Большинство осадочных пород содержат либо кварц ( силикокластические породы), либо кальцит ( карбонатные породы ). В отличие от магматических и метаморфических пород, осадочная порода обычно содержит очень мало различных основных минералов. Однако происхождение минералов в осадочной породе часто более сложное, чем в магматической породе. Минералы в осадочной породе могли присутствовать в исходных отложениях или могли образоваться в результате осаждения во время диагенеза. Во втором случае минеральный осадок мог вырасти над более старым поколением цемента. [24] Сложная диагенетическая история может быть установлена с помощью оптической минералогии , используя петрографический микроскоп .
Карбонатные породы в основном состоят из карбонатных минералов, таких как кальцит, арагонит или доломит . Как цемент, так и обломки (включая окаменелости и ооиды ) карбонатной осадочной породы обычно состоят из карбонатных минералов. Минералогия обломочной породы определяется материалом, поставляемым областью источника, способом его транспортировки к месту отложения и стабильностью этого конкретного минерала.
Устойчивость породообразующих минералов к выветриванию выражается серией растворения Голдича . В этой серии кварц является наиболее стабильным, за ним следуют полевой шпат , слюды и, наконец, другие менее стабильные минералы, которые присутствуют только при небольшом выветривании. [25] Степень выветривания зависит в основном от расстояния до области источника, местного климата и времени, которое потребовалось для транспортировки осадка до точки его отложения. В большинстве осадочных пород слюда, полевой шпат и менее стабильные минералы выветрились до глинистых минералов, таких как каолинит , иллит или смектит .
Среди трех основных типов горных пород окаменелости чаще всего встречаются в осадочных породах. В отличие от большинства магматических и метаморфических пород, осадочные породы образуются при температурах и давлениях, которые не разрушают ископаемые остатки. Часто эти окаменелости можно увидеть только под увеличением .
Мертвые организмы в природе обычно быстро удаляются падальщиками , бактериями , гниением и эрозией, но в исключительных обстоятельствах эти естественные процессы не могут происходить, что приводит к фоссилизации. Вероятность фоссилизации выше, когда скорость седиментации высока (так что туша быстро захороняется), в бескислородной среде (где происходит мало бактериальной активности) или когда организм имел особенно твердый скелет. Более крупные, хорошо сохранившиеся окаменелости встречаются относительно редко.
Ископаемые могут быть как непосредственными останками или отпечатками организмов, так и их скелетами. Чаще всего сохраняются более твердые части организмов, такие как кости, раковины и древесная ткань растений. Мягкие ткани имеют гораздо меньшие шансы на окаменение, а сохранение мягких тканей животных старше 40 миллионов лет встречается очень редко. [26] Отпечатки организмов, сделанные при их жизни, называются следовыми окаменелостями , примерами которых являются норы , следы и т. д.
Как часть осадочной породы, окаменелости подвергаются тем же диагенетическим процессам , что и вмещающая порода. Например, оболочка, состоящая из кальцита, может раствориться, в то время как цемент из кремнезема затем заполнит полость. Таким же образом, осаждающиеся минералы могут заполнять полости, ранее занятые кровеносными сосудами , сосудистой тканью или другими мягкими тканями. Это сохраняет форму организма, но изменяет химический состав, процесс, называемый перминерализацией . [27] [28] Наиболее распространенными минералами, участвующими в перминерализации, являются различные формы аморфного кремнезема ( халцедон , кремень , кремень ), карбонаты (особенно кальцит) и пирит .
При высоком давлении и температуре органический материал мертвого организма подвергается химическим реакциям, в ходе которых выделяются летучие вещества , такие как вода и углекислый газ . В конечном итоге ископаемое состоит из тонкого слоя чистого углерода или его минерализованной формы, графита . Эта форма окаменения называется карбонизацией . Она особенно важна для ископаемых растений. [29] Тот же процесс отвечает за образование ископаемого топлива, такого как лигнит или уголь.
Структуры в осадочных породах можно разделить на первичные структуры (образующиеся во время осаждения) и вторичные структуры (образующиеся после осаждения). В отличие от текстур, структуры всегда являются крупномасштабными особенностями, которые можно легко изучать в полевых условиях. Осадочные структуры могут указывать на что-то об осадочной среде или могут служить для указания того, какая сторона изначально была обращена вверх , где тектоника наклонила или перевернула осадочные слои.
Осадочные породы залегают слоями, называемыми пластами или напластованиями . Пласт определяется как слой породы, имеющий однородную литологию и текстуру. Пласты образуются путем отложения слоев осадка друг на друга. Последовательность пластов, характеризующая осадочные породы, называется слоистостью . [30] [31] Отдельные пласты могут быть толщиной от пары сантиметров до нескольких метров. Более тонкие, менее выраженные слои называются пластинками, а структура, которую пластинка образует в породе, называется слоистостью . Пластинки обычно имеют толщину менее нескольких сантиметров. [32] Хотя слоистость и слоистость часто изначально горизонтальны по своей природе, это не всегда так. В некоторых средах пласты отлагаются под (обычно небольшим) углом. Иногда в одной и той же породе существует несколько наборов слоев с различной ориентацией, такая структура называется перекрестной слоистостью . [33] Косая слоистость характерна для отложения текучей средой (ветром или водой).
Противоположностью косой слоистости является параллельная слоистость, при которой все осадочные слои параллельны. [34] Различия в слоистости обычно вызваны циклическими изменениями в поступлении осадков, вызванными, например, сезонными изменениями количества осадков, температуры или биохимической активности. Слои, которые представляют сезонные изменения (похожие на годичные кольца деревьев ), называются варвами . Любая осадочная порода, состоящая из миллиметровых или более тонких слоев, может быть названа общим термином ламинит . Когда осадочные породы вообще не имеют слоистости, их структурный характер называется массивной слоистостью.
Градуированная слоистость — это структура, в которой слои с меньшим размером зерна встречаются поверх слоев с более крупными зернами. Эта структура образуется, когда быстро текущая вода останавливается. Сначала оседают более крупные, тяжелые обломки во взвешенном состоянии, затем более мелкие обломки. Хотя градуированная слоистость может образовываться во многих различных средах, она характерна для мутных потоков . [35]
Поверхность определенного слоя, называемая формой слоя , также может быть показателем определенной осадочной среды. Примерами форм слоя являются дюны и рябь . Подошвенные отметки, такие как следы инструментов и отпечатки канавок, представляют собой канавки, эродированные на поверхности, которые сохраняются в результате возобновления осадконакопления. Они часто представляют собой удлиненные структуры и могут использоваться для установления направления потока во время осадконакопления. [36] [37]
Следы ряби также образуются в текущей воде. Они могут быть симметричными или асимметричными. Асимметричная рябь образуется в средах, где течение имеет одно направление, например, в реках. Более длинный фланг такой ряби находится на стороне течения вверх по течению. [38] [39] [40] Симметричная волновая рябь возникает в средах, где течения меняют направление, например, на приливных отмелях.
Грязевые трещины — это форма ложа, вызванная обезвоживанием осадка, который иногда выходит на поверхность воды. Такие структуры обычно встречаются на приливных отмелях или мысах вдоль рек.
Вторичные осадочные структуры — это те, которые образовались после осаждения. Такие структуры формируются химическими, физическими и биологическими процессами в осадке. Они могут быть индикаторами обстоятельств после осаждения. Некоторые могут использоваться в качестве критериев пути вверх .
Органические материалы в осадке могут оставлять больше следов, чем просто окаменелости. Сохранившиеся следы и норы являются примерами следов ископаемых (также называемых ихнофоссилиями). [41] Такие следы относительно редки. Большинство следов ископаемых представляют собой норы моллюсков или членистоногих . Седиментологи называют это рытье биотурбацией . Оно может быть ценным индикатором биологической и экологической среды, которая существовала после того, как осадок был отложен. С другой стороны, роющая деятельность организмов может разрушить другие (первичные) структуры в осадке, что затрудняет реконструкцию.
Вторичные структуры также могут образовываться в результате диагенеза или образования почвы ( педогенеза ) , когда осадок обнажается над уровнем воды. Примером диагенетической структуры, распространенной в карбонатных породах, является стилолит . [42] Стилолиты представляют собой неровные плоскости, где материал растворялся в поровых жидкостях в породе. Это может привести к осаждению определенных химических видов, вызывающих окрашивание и окрашивание породы, или образованию конкреций . Конкреции представляют собой примерно концентрические тела с составом, отличным от состава вмещающей породы. Их образование может быть результатом локализованного осаждения из-за небольших различий в составе или пористости вмещающей породы, например, вокруг окаменелостей, внутри нор или вокруг корней растений. [43] В карбонатных породах, таких как известняк или мел , распространены кремневые или кремневые конкреции, в то время как наземные песчаники иногда содержат железные конкреции. Конкреции кальцита в глине, содержащие угловатые полости или трещины, называются септированными конкрециями .
После осаждения физические процессы могут деформировать осадок, создавая третий класс вторичных структур. Контраст плотности между различными осадочными слоями, такими как песок и глина, может привести к образованию структур пламени или слепков нагрузки , образованных перевернутым диапиризмом . [44] Пока обломочный слой все еще жидкий, диапиризм может привести к погружению более плотного верхнего слоя в нижний слой. Иногда контрасты плотности возникают или усиливаются, когда одна из литологий дегидратируется. Глина может легко сжиматься в результате дегидратации, в то время как песок сохраняет тот же объем и становится относительно менее плотным. С другой стороны, когда давление поровой жидкости в слое песка превышает критическую точку, песок может прорваться через вышележащие слои глины и протечь, образуя несогласные тела осадочных пород, называемые осадочными дайками . Тот же процесс может образовывать грязевые вулканы на поверхности, где они прорвались через верхние слои.
Осадочные дамбы также могут образовываться в холодном климате, где почва постоянно заморожена в течение большей части года. Морозное выветривание может образовывать трещины в почве, которые заполняются щебнем сверху. Такие структуры могут использоваться в качестве климатических индикаторов, а также в качестве структур, поднимающихся наверх. [45]
Контраст плотности также может вызывать мелкомасштабные сбросы , даже во время прогрессирования осадконакопления (синхронно-седиментационный сброс). [46] Такой сброс может также происходить, когда большие массы нелитифицированных осадков отлагаются на склоне, например, на передней стороне дельты или континентального склона . Нестабильность в таких отложениях может привести к оползанию отложенного материала , что приведет к образованию трещин и складок. Результирующие структуры в породе представляют собой синседиментационные складки и сбросы, которые может быть трудно отличить от складок и сбросов, образованных тектоническими силами, действующими на литифицированные породы.
Обстановка, в которой формируется осадочная порода, называется осадочной средой . Каждая среда имеет характерную комбинацию геологических процессов и обстоятельств. Тип осадка, который откладывается, зависит не только от осадка, который переносится в место ( происхождение ), но и от самой среды. [47]
Морская среда означает, что порода была сформирована в море или океане . Часто проводится различие между глубоководной и мелководной морской средой. Глубоководная морская среда обычно относится к средам более чем на 200 м ниже поверхности воды (включая абиссальную равнину ). Мелководная морская среда существует рядом с береговыми линиями и может простираться до границ континентального шельфа . Движение воды в таких средах, как правило, имеет более высокую энергию, чем в глубоководных средах, поскольку волновая активность уменьшается с глубиной. Это означает, что более грубые частицы осадка могут переноситься, и отложенный осадок может быть грубее, чем в более глубоких средах. Когда осадок переносится с континента, откладывается чередование песка , глины и ила . Когда континент находится далеко, количество такого отложенного осадка может быть небольшим, и биохимические процессы доминируют над типом образующейся породы. Особенно в теплом климате мелководные морские среды вдали от берега в основном видят отложение карбонатных пород. Мелкая теплая вода является идеальной средой обитания для многих мелких организмов, которые строят карбонатные скелеты. Когда эти организмы умирают, их скелеты опускаются на дно, образуя толстый слой известкового ила, который может литифицироваться в известняк. Теплые мелководные морские среды также являются идеальной средой для коралловых рифов , где осадок состоит в основном из известковых скелетов более крупных организмов. [48]
В глубоководных морских условиях течение воды, работающее на дне моря, невелико. В такие места могут переноситься только мелкие частицы. Обычно отложения, отлагающиеся на дне океана, представляют собой мелкую глину или небольшие скелеты микроорганизмов. На глубине 4 км растворимость карбонатов резко возрастает (зона глубины, где это происходит, называется лизоклином ) . Известковый осадок, который погружается ниже лизоклина, растворяется; в результате ниже этой глубины известняк не может образоваться. Скелеты микроорганизмов, образованных из кремнезема (таких как радиолярии ), не столь растворимы и все равно откладываются. Примером породы, образованной из скелетов кремнезема, является радиолярит . Когда дно моря имеет небольшой наклон, например, на континентальных склонах , осадочный чехол может стать нестабильным, вызывая мутные течения . Турбидитные потоки — это внезапные возмущения обычно спокойной глубоководной морской среды, которые могут вызывать почти мгновенное осаждение большого количества осадков, таких как песок и ил. Последовательность горных пород, образованная турбидитным потоком, называется турбидитом . [ 49]
Побережье — это среда, в которой доминирует волновое воздействие. На пляже откладывается преимущественно более плотный осадок, такой как песок или гравий, часто смешанный с ракушечными фрагментами, в то время как ил и глинистый материал удерживаются в механической взвеси. Приливные отмели и отмели — это места, которые иногда высыхают из-за прилива . Они часто пересекаются оврагами , где течение сильное, а размер зерен отложенного осадка больше. Там, где реки впадают в водоем, либо на морском, либо на озерном побережье, могут образовываться дельты . Это большие скопления осадка, перенесенного с континента в места перед устьем реки. Дельты в основном состоят из обломочных (а не химических) осадков.
Континентальная осадочная среда — это среда внутри континента. Примерами континентальной среды являются лагуны , озера, болота , поймы и аллювиальные конусы выноса . В тихой воде болот, озер и лагун откладывается мелкий осадок, смешанный с органическим материалом отмерших растений и животных. В реках энергия воды намного больше и может переносить более тяжелый обломочный материал. Помимо переноса водой, осадок может переноситься ветром или ледниками. Осадок, переносимый ветром, называется эоловым и почти всегда очень хорошо отсортирован , в то время как осадок, переносимый ледником, называется ледниковым тиллом и характеризуется очень плохой сортировкой. [50]
Эоловые отложения могут быть весьма поразительными. Осадочная среда формации Туше , расположенной на северо-западе США , имела промежуточные периоды засушливости, что привело к образованию ряда ритмитовых слоев. Эрозионные трещины позже были заполнены слоями почвенного материала, особенно от эоловых процессов . Заполненные участки образовали вертикальные включения в горизонтально отложенных слоях и, таким образом, предоставили доказательства последовательности событий во время отложения сорока одного слоя формации. [51]
Тип породы, образованной в определенной осадочной среде, называется ее осадочной фацией . Осадочные среды обычно существуют рядом друг с другом в определенных естественных последовательностях. Пляж, где откладываются песок и гравий, обычно ограничен более глубокой морской средой немного вдали от берега, где одновременно откладываются более мелкие осадки. За пляжем могут быть дюны (где преобладающим осадком является хорошо отсортированный песок) или лагуна (где откладываются мелкие глины и органические материалы). Каждая осадочная среда имеет свои собственные характерные отложения. Когда осадочные слои накапливаются с течением времени, среда может смещаться, образуя изменение фаций в недрах в одном месте. С другой стороны, когда слой породы с определенным возрастом прослеживается латерально, литология ( тип породы) и фации в конечном итоге меняются. [52]
Фации можно различать несколькими способами: наиболее распространенными являются литология (например: известняк, алеврит или песчаник) или ископаемое содержание. Коралл , например, живет только в теплой и мелководной морской среде, и ископаемые остатки кораллов, таким образом, типичны для мелководных морских фаций. Фации, определяемые литологией, называются литофациями ; фации, определяемые ископаемыми, называются биофациями . [53]
Осадочные среды могут менять свое географическое положение с течением времени. Береговые линии могут смещаться в направлении моря, когда уровень моря падает ( регрессия ), когда поверхность поднимается ( трансгрессия ) из-за тектонических сил в земной коре или когда река образует большую дельту . В недрах такие географические сдвиги осадочных сред прошлого зафиксированы в сдвигах осадочных фаций. Это означает, что осадочные фации могут изменяться как параллельно, так и перпендикулярно воображаемому слою породы с фиксированным возрастом, явление, описываемое законом Вальтера . [54]
Ситуация, при которой береговые линии смещаются в направлении континента, называется трансгрессией . В случае трансгрессии более глубокие морские фации отлагаются над более мелкими фациями, последовательность называется onlap . Регрессия — это ситуация, при которой береговая линия смещается в направлении моря. При регрессии более мелкие фации отлагаются поверх более глубоких фаций, ситуация называется offlap . [55]
Фации всех пород определенного возраста можно нанести на карту, чтобы дать обзор палеогеографии . Последовательность карт для разных возрастов может дать представление о развитии региональной географии.
Места, где происходит крупномасштабное осадконакопление, называются осадочными бассейнами . Количество осадка, которое может откладываться в бассейне, зависит от глубины бассейна, так называемого пространства размещения . Глубина, форма и размер бассейна зависят от тектоники , движений внутри литосферы Земли . Там, где литосфера движется вверх ( тектоническое поднятие ), земля в конечном итоге поднимается над уровнем моря, и эта область становится источником новых осадков, поскольку эрозия удаляет материал. Там, где литосфера движется вниз ( тектоническое опускание ), образуется бассейн и откладываются осадки.
Тип бассейна, образованного путем раздвижения двух частей континента, называется рифтовым бассейном . Рифтовые бассейны — это вытянутые, узкие и глубокие бассейны. Из-за расходящегося движения литосфера растягивается и утончается, так что горячая астеносфера поднимается и нагревает лежащий выше рифтовый бассейн. Помимо континентальных осадков, рифтовые бассейны обычно также имеют часть своего заполнения, состоящую из вулканических отложений . Когда бассейн увеличивается из-за продолжающегося растяжения литосферы, разлом увеличивается, и море может войти, образуя морские отложения.
Когда часть литосферы, которая была нагрета и растянута, снова охлаждается, ее плотность повышается, вызывая изостатическое оседание. Если это оседание продолжается достаточно долго, бассейн называется провисающим бассейном. Примерами провисающих бассейнов являются регионы вдоль пассивных континентальных окраин , но провисающие бассейны также могут быть найдены внутри континентов. В провисающих бассейнах дополнительный вес вновь отложенных осадков достаточен, чтобы поддерживать оседание в порочном круге . Таким образом, общая толщина осадочного заполнения в провисающем бассейне может превышать 10 км.
Третий тип бассейна существует вдоль конвергентных границ плит — мест, где одна тектоническая плита движется под другой в астеносферу. Погружающая плита изгибается и образует передовую дуговую впадину перед надвигающейся плитой — вытянутую, глубокую асимметричную впадину. Передовые дуговые впадины заполнены глубоководными морскими отложениями и толстыми последовательностями турбидитов. Такое заполнение называется флишем . Когда конвергентное движение двух плит приводит к континентальному столкновению , впадина становится мельче и превращается в передовую впадину . В то же время тектоническое поднятие образует горный пояс в надвигающейся плите, из которого большие объемы материала вымываются и переносятся в впадину. Такой эрозионный материал растущей горной цепи называется молассой и имеет либо мелководную морскую, либо континентальную фацию.
В то же время, растущий вес горного пояса может вызвать изостатическое опускание в области перекрывающей плиты с другой стороны горного пояса. Тип бассейна, образующийся в результате этого опускания, называется задуговым бассейном и обычно заполняется мелководными морскими отложениями и молассой. [56]
Во многих случаях изменения фаций и другие литологические особенности в последовательностях осадочных пород имеют циклическую природу. Эта циклическая природа была вызвана циклическими изменениями в поставке осадка и осадочной среде. Большинство этих циклических изменений вызваны астрономическими циклами. Короткие астрономические циклы могут быть разницей между приливами или весенними приливами каждые две недели. В более крупном масштабе времени циклические изменения климата и уровня моря вызваны циклами Миланковича : циклическими изменениями в ориентации и/или положении оси вращения Земли и орбиты вокруг Солнца. Известно несколько циклов Миланковича, длящихся от 10 000 до 200 000 лет. [57]
Относительно небольшие изменения в ориентации земной оси или продолжительности сезонов могут оказывать существенное влияние на климат Земли. Примером являются ледниковые периоды последних 2,6 миллионов лет ( четвертичный период ), которые, как предполагается, были вызваны астрономическими циклами. [58] [59] Изменение климата может влиять на уровень мирового океана (и, следовательно, на объем пространства для размещения в осадочных бассейнах) и поступление осадков из определенного региона. В конечном итоге, небольшие изменения астрономических параметров могут вызвать большие изменения в осадочной среде и седиментации.
Скорость, с которой откладывается осадок, различается в зависимости от местоположения. Канал в приливной отмели может увидеть отложение нескольких метров осадка за один день, в то время как на глубоком дне океана каждый год накапливается всего несколько миллиметров осадка. Можно провести различие между нормальной седиментацией и седиментацией, вызванной катастрофическими процессами. Последняя категория включает в себя все виды внезапных исключительных процессов, таких как массовые перемещения , оползни или наводнения . Катастрофические процессы могут увидеть внезапное отложение большого количества осадка одновременно. В некоторых осадочных средах большая часть общей колонны осадочных пород была образована катастрофическими процессами, хотя среда обычно является спокойным местом. В других осадочных средах преобладает нормальная, продолжающаяся седиментация. [60]
Во многих случаях седиментация происходит медленно. Например, в пустыне ветер наносит силикокластический материал (песок или ил) в некоторых местах, или катастрофическое затопление вади может вызвать внезапные отложения большого количества обломочного материала, но в большинстве мест преобладает эоловая эрозия. Количество образующейся осадочной породы зависит не только от количества поставляемого материала, но и от того, насколько хорошо материал консолидируется. Эрозия удаляет большую часть отложенного осадка вскоре после отложения. [60]
То, что новые слои горных пород находятся над более старыми, утверждается в принципе суперпозиции . Обычно в последовательности есть некоторые пробелы, называемые несогласиями . Они представляют собой периоды, когда не откладывалось новых осадков или когда более ранние осадочные слои были подняты над уровнем моря и размыты.
Осадочные породы содержат важную информацию об истории Земли . Они содержат ископаемые останки древних растений и животных . Уголь считается типом осадочной породы. Состав осадков дает нам подсказки относительно первоначальной породы. Различия между последовательными слоями указывают на изменения в окружающей среде с течением времени. Осадочные породы могут содержать ископаемые останки, потому что, в отличие от большинства магматических и метаморфических пород, они образуются при температурах и давлениях, которые не разрушают ископаемые останки.
Происхождение — это реконструкция происхождения осадков. Все породы, выходящие на поверхность Земли, подвергаются физическому или химическому выветриванию и распадаются на более мелкозернистые осадки. Все три типа пород ( магматические , осадочные и метаморфические породы) могут быть источником осадочного детрита. Целью изучения осадочного происхождения является реконструкция и интерпретация истории осадка от исходных материнских пород в области источника до конечного детрита в месте захоронения. [61]
</ссылка>
