Осадочные породы — это типы горных пород , которые образуются в результате 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, образующие осадочную породу, называются осадком и могут состоять из геологического детрита (минералов) или биологического детрита (органического вещества). Геологический детрит возник в результате выветривания и эрозии существующих горных пород или в результате затвердевания расплавленных сгустков лавы, извергаемых вулканами. Геологический детрит переносится к месту отложения водой, ветром, льдом или движением масс , называемых агентами денудации . Биологический детрит образован телами и частями (преимущественно раковинами) погибших водных организмов, а также их фекальной массой, взвешенными в воде и медленно накапливающимися на дне водоемов ( морской снег ). Седиментация может также происходить, когда растворенные минералы выпадают в осадок из водного раствора .
Осадочный горный покров континентов земной коры обширен (73% современной поверхности суши Земли), [1] но осадочные породы, по оценкам, составляют лишь 8% объема земной коры. [2] Осадочные породы представляют собой лишь тонкий покров над корой, состоящей в основном из магматических и метаморфических пород . Осадочные породы откладываются слоями в виде пластов , образуя структуру, называемую напластованием . Осадочные породы часто отлагаются в крупных структурах, называемых осадочными бассейнами . На Марсе также были обнаружены осадочные породы .
Исследование 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 слоев осадочных пород — основной источник для понимания истории Земли , включая палеогеографию , палеоклиматологию и историю жизни . Научная дисциплина , изучающая свойства и происхождение осадочных горных пород, называется седиментологией . Седиментология является частью как геологии , так и физической географии и частично пересекается с другими дисциплинами наук о Земле , такими как почвоведение , геоморфология , геохимия и структурная геология .
,_Sunset.jpg/1280px-Ulu%E1%B9%9Fu_(Ayers_Rock),_Sunset.jpg)
Осадочные породы можно подразделить на четыре группы в зависимости от процессов, ответственных за их образование: обломочные осадочные породы, биохимические (биогенные) осадочные породы, химические осадочные породы и четвертую категорию для «других» осадочных пород, образовавшихся в результате ударов, вулканизма и других. мелкие процессы.
Обломочные осадочные породы состоят из сцементированных вместе фрагментов горных пород ( обломков ). Обломки обычно представляют собой отдельные зерна кварца , полевого шпата , глинистых минералов или слюды . Однако может присутствовать любой тип минерала. Обломки также могут представлять собой каменные фрагменты , состоящие из более чем одного минерала.
Обломочные осадочные породы подразделяются по преобладающему размеру частиц. Большинство геологов используют шкалу размера зерен Уддена-Вентворта и делят рыхлые отложения на три фракции: гравий (диаметр> 2 мм), песок (диаметр от 1/16 до 2 мм) и ил (диаметр <1/16 мм). Грязь подразделяется на ил (диаметром от 1/16 до 1/256 мм) и глину (диаметром менее 1/256 мм). Классификация обломочных осадочных пород соответствует этой схеме; конгломераты и брекчии состоят в основном из гравия, песчаники состоят в основном из песка , а глинистые породы состоят в основном из ила. Это трехстороннее подразделение отражено в более старых литературных источниках широкими категориями рудитов , аренитов и лютитов соответственно.
Подразделение этих трех широких категорий основано на различиях в форме обломков (конгломераты и брекчии), составе (песчаники) или размере зерен или текстуре (грязевые породы).
Конгломераты состоят преимущественно из окатанного гравия, а брекчии – из преимущественно угловатого гравия.
Схемы классификации песчаников сильно различаются, но большинство геологов приняли схему Дотта [3] , которая использует относительное содержание зерен кварца, полевого шпата и каменного каркаса, а также содержание илистой матрицы между более крупными зернами.
Возможны шесть названий песчаников с использованием дескрипторов зернового состава (кварц-, полевошпатовый и литический) и количества матрицы (вакке или аренита). Например, кварцевый аренит будет состоять в основном из (>90%) зерен кварца и иметь мало или вообще не иметь глинистой матрицы между зернами, литический вакк будет иметь обильное количество каменных зерен и обильную мутную матрицу и т. д.
Хотя схема классификации Дотта [3] широко используется седиментологами, общие названия, такие как граувакка , аркоза и кварцевый песчаник, до сих пор широко используются неспециалистами и в популярной литературе.
Грязевые породы — это осадочные породы, состоящие как минимум 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 «грязевая порода» для обозначения всех пород, состоящих преимущественно из ила. [4] [5] [6] [7] Грязевые породы можно разделить на алевролиты, состоящие преимущественно из частиц размером с ил; аргиллиты с примерно равной смесью алевритовых и глинистых частиц; и аргиллиты, состоящие в основном из частиц размером с глину. [4] [5] Большинство авторов используют термин « сланец » как термин для обозначения расщепляющихся глинистых пород (независимо от размера зерен), хотя в некоторых более старых литературных источниках термин «сланец» используется как синоним глинистых пород.
Биохимические осадочные породы образуются, когда организмы используют материалы, растворенные в воздухе или воде, для построения своих тканей. Примеры включают в себя:
Химические осадочные породы образуются, когда минеральные компоненты в растворе становятся пересыщенными и выпадают в осадок неорганического происхождения . Обычные химические осадочные породы включают оолитовый известняк и породы, состоящие из эвапоритовых минералов, таких как галит (каменная соль), сильвин , барит и гипс .
В эту четвертую категорию входят вулканические туфы и вулканические брекчии , образовавшиеся в результате отложения и последующей цементации фрагментов лавы, извергаемых вулканами, а также ударные брекчии, образовавшиеся после ударных событий .
Альтернативно, осадочные породы можно разделить на группы по составу в зависимости от их минералогии:
Осадочные породы образуются, когда осадки отлагаются из воздуха, льда, ветра, силы тяжести или потоков воды, несущих частицы во взвешенном состоянии . Этот осадок часто образуется, когда выветривание и эрозия разрушают горную породу на рыхлый материал в зоне источника. Затем материал транспортируется из зоны источника в зону осаждения. Тип переносимых отложений зависит от геологии внутренних районов (района источника отложений). Однако некоторые осадочные породы, например эвапориты , состоят из материала, образующегося на месте отложения. Таким образом, природа осадочной породы зависит не только от поступления отложений, но и от среды осадочного отложения , в которой она образовалась.
По мере накопления отложений в среде осадконакопления более старые отложения погребены более молодыми и подвергаются диагенезу. Диагенез включает в себя все химические, физические и биологические изменения, за исключением поверхностного выветривания, которым подвергаются осадки после их первоначального отложения. Это включает уплотнение и литификацию отложений. [8] Ранние стадии диагенеза, называемые эогенезом , происходят на небольших глубинах (несколько десятков метров) и характеризуются биотурбацией и минералогическими изменениями в отложениях с незначительным уплотнением. [9] Красный гематит , придающий красным пластовым песчаникам их цвет, вероятно, образовался во время эогенеза. [10] [8] Некоторые биохимические процессы, такие как активность бактерий , могут влиять на минералы в породе и поэтому рассматриваются как часть диагенеза. [11]
Более глубокое погребение сопровождается мезогенезом , во время которого происходит большая часть уплотнения и литификации. Уплотнение происходит по мере того, как отложения подвергаются возрастающему давлению вскрышных пород (литостатическому) со стороны вышележащих отложений. Зерна осадка перемещаются в более компактные структуры, зерна пластичных минералов (таких как слюда ) деформируются, а поровое пространство уменьшается. При первоначальном отложении отложения обычно насыщены грунтовыми или морскими водами, и по мере уменьшения порового пространства большая часть этих родственных жидкостей выбрасывается. В дополнение к физическому уплотнению может происходить химическое уплотнение раствором под давлением . Точки соприкосновения зерен испытывают наибольшую нагрузку, причем 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, например, реакции, в результате которых органический материал превращается в бурый уголь или бурый уголь. [12]
Литификация тесно связана с уплотнением, поскольку повышение температуры на глубине ускоряет осаждение цемента , который связывает зерна вместе. Раствор под давлением способствует этому процессу цементации , поскольку минерал, растворенный из напряженных точек контакта, переоткладывается в ненапряженных поровых пространствах. Это еще больше снижает пористость и делает породу более компактной и прочной . [8]
Разрушение погребенных осадочных пород сопровождается телогенезом , третьей и последней стадией диагенеза. [9] Поскольку эрозия уменьшает глубину захоронения, возобновление воздействия метеорных вод приводит к дополнительным изменениям в осадочных породах, таким как выщелачивание части цемента с образованием вторичной пористости . [8]
При достаточно высоких температуре и давлении область диагенеза уступает место метаморфизму — процессу образования метаморфических пород . [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 более богатой кислородом среде часто встречается в форме минерала гематита и придает породе цвет от красноватого до коричневатого. В засушливом континентальном климате горные породы находятся в непосредственном контакте с атмосферой, и важным процессом является окисление, придающее породе красный или оранжевый цвет. Мощные толщи 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 придать камню черный или серый цвет. Органический материал образуется из мертвых организмов, в основном растений. Обычно такой материал со временем разлагается в результате окисления или деятельности бактерий. Однако в бескислородных условиях органический материал не может разлагаться и оставляет темный осадок, богатый органическим материалом. Это может, например, происходить на дне глубоких морей и озер. В таких средах смешивание воды происходит незначительно; в результате кислород из поверхностных вод не поступает вниз, а отложившийся осадок обычно представляет собой мелкую темную глину. Поэтому темные породы, богатые органическим материалом, часто представляют собой сланцы. [14] [15]
Размер , форма и ориентация обломков (исходных кусков породы) в осадке называется его текстурой . Текстура является мелкомасштабным свойством породы, но определяет многие ее крупномасштабные свойства, такие как плотность , пористость или проницаемость . [16]
Трехмерная ориентация обломков называется тканью породы. Размер и форму обломков можно использовать для определения скорости и направления течения в осадочной среде, которое переместило обломки от места их происхождения; мелкий известковый ил оседает только в спокойной воде, тогда как гравий и более крупные обломки перемещаются только быстро движущейся водой. [17] [18] Размер зерен породы обычно выражается по шкале Вентворта, хотя иногда используются альтернативные шкалы. Размер зерна может выражаться в диаметре или объеме и всегда является средним значением, поскольку порода состоит из обломков разного размера. Статистическое распределение размеров зерен различно для разных типов горных пород и описывается свойством, называемым сортировкой породы . Когда все обломки более или менее одинакового размера, породу называют «хорошо отсортированной», а когда наблюдается большой разброс размеров зерен, породу называют «плохо отсортированной». [19] [20]
Форма обломков может отражать происхождение породы. Например, ракушечник , горная порода, состоящая из обломков разбитых раковин, может образоваться только в энергетической воде. Форму класта можно описать четырьмя параметрами: [21] [22]
Химические осадочные породы имеют необломочную текстуру и полностью состоят из кристаллов. Для описания такой текстуры необходим лишь средний размер кристаллов и ткани.
Большинство осадочных пород содержат либо кварц ( кремнисто-обломочные 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 зачастую более сложное, чем в магматической породе. Минералы в осадочной породе могли присутствовать в исходных отложениях или образоваться в результате осаждения во время диагенеза. Во втором случае минеральный осадок мог образоваться на цементе более старого поколения. [24] Сложную диагенетическую историю можно установить с помощью оптической минералогии с использованием петрографического микроскопа .
Карбонатные породы преимущественно состоят из карбонатных минералов, таких как кальцит, арагонит или доломит . И цемент, и обломки (включая окаменелости и ооиды ) карбонатных осадочных пород обычно состоят из карбонатных минералов. Минералогия обломочной породы определяется материалом, поставляемым источником, способом его транспортировки к месту отложения и устойчивостью этого конкретного минерала.
Устойчивость породообразующих минералов к выветриванию выражается рядом растворения Гольдича . В этом ряду кварц является наиболее стабильным, за ним следуют полевой шпат , слюда и, наконец, другие менее стабильные минералы, которые присутствуют только при незначительном выветривании. [25] Степень выветривания зависит главным образом от расстояния до источника, местного климата и времени, необходимого для транспортировки отложений к месту их осаждения. В большинстве осадочных пород слюда, полевой шпат и менее стабильные минералы подверглись выветриванию 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 произойти, что приводит к окаменению. Вероятность окаменения выше, когда скорость седиментации высока (так что труп быстро закапывается), в бескислородной среде (где наблюдается низкая бактериальная активность) или когда у организма особенно твердый скелет. Более крупные и хорошо сохранившиеся окаменелости встречаются относительно редко.
Ископаемые могут быть как непосредственными остатками или отпечатками организмов, так и их скелетов. Чаще всего сохраняются более твердые части организмов, такие как кости, раковины и древесные ткани растений. Мягкие ткани имеют гораздо меньший шанс окаменеть, а сохранение мягких тканей животных старше 40 миллионов лет встречается очень редко. [26] Отпечатки организмов, оставленные еще при жизни, называются следами окаменелостей , примерами которых являются норы , следы и т. д.
Будучи частью осадочной породы, окаменелости подвергаются тем же диагенетическим процессам , что и вмещающая порода. Например, оболочка, состоящая из кальцита, может раствориться, а затем полость заполняет кремнеземный цемент. Точно так же осаждающиеся минералы могут заполнять полости, ранее занятые кровеносными сосудами , сосудистой тканью или другими мягкими тканями. При этом сохраняется форма организма, но изменяется 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 . Ископаемое, в конце концов, состоит из тонкого слоя чистого углерода или его минерализованной формы — графита . Эта форма окаменения называется карбонизацией . Это особенно важно для ископаемых растений. [29] Тот же процесс отвечает за образование ископаемого топлива, такого как бурый уголь или бурый уголь.
Структуры осадочных пород можно разделить на первичные структуры (образующиеся во время отложения) и вторичные структуры (образующиеся после отложения). В отличие от текстур, структуры всегда представляют собой крупномасштабные объекты, которые можно легко изучить в полевых условиях. Осадочные структуры могут указывать на что-то об осадочной среде или могут указывать на то, какая сторона изначально была обращена вверх , где тектоника наклонила или опрокинула осадочные слои.
Осадочные породы залегают слоями, называемыми пластами или пластами . Слой определяется как слой породы, имеющий однородную литологию и текстуру. Слои образуются в результате отложения слоев осадочных пород друг на друге. Последовательность слоев, характеризующая осадочные породы, называется слоистостью . [30] [31] Толщина односпальных кроватей может составлять от пары сантиметров до нескольких метров. Более тонкие, менее выраженные слои называются пластинками, а структура, которую пластинка образует в породе, называется пластинкой . Толщина пластинок обычно составляет менее нескольких сантиметров. [32] Хотя наслоение и ламинирование часто изначально имеют горизонтальный характер, это не всегда так. В некоторых средах пласты откладываются под (обычно небольшим) углом. Иногда в одной и той же породе существует несколько наборов слоев с разной ориентацией, такая структура называется поперечной слоистостью . [33] Перекрестная слоистость характерна для осаждения текущей средой (ветром или водой).
Противоположностью перекрестной слоистости является параллельная слоистость, при которой все осадочные слои параллельны. [34] Различия в слоистости обычно вызваны циклическими изменениями в поступлении наносов, вызванными, например, сезонными изменениями количества осадков, температуры или биохимической активности. Пластинки, представляющие сезонные изменения (похожие на годичные кольца ), называются варвами . Любую осадочную породу, состоящую из слоев миллиметрового или более мелкого масштаба, можно назвать общим термином ламинит . Когда осадочные породы вообще не имеют слоистости, их структурный характер называется массивной слоистостью.
Ступенчатая слоистость — это структура, при которой слои с меньшим размером зерен располагаются поверх слоев с более крупными зернами. Эта структура образуется, когда быстро текущая вода перестает течь. Первыми оседают более крупные и тяжелые обломки во взвешенном состоянии, затем более мелкие. Хотя ступенчатая слоистость может образовываться в самых разных средах, это характерно для мутных потоков . [35]
Поверхность определенного слоя, называемая формой слоя , также может указывать на определенную осадочную среду. Примеры форм гряд включают дюны и следы ряби . Отметины на подошве, такие как следы инструментов и отливки канавок, представляют собой бороздки, размытые на поверхности, которые сохраняются в результате возобновления осадконакопления. Часто это удлиненные структуры, которые можно использовать для определения направления потока во время осаждения. [36] [37]
На текущей воде также образуются следы ряби. Могут быть симметричными и асимметричными. Асимметричная рябь образуется в средах, где течение течет в одном направлении, например в реках. Более длинный склон такой ряби находится вверх по течению. [38] [39] [40] Симметричные волновые ряби возникают в средах, где течения меняют направление, например, на приливных отмелях.
Грязевые трещины представляют собой форму дна, возникшую в результате обезвоживания осадка, который иногда выступает над поверхностью воды. Такие структуры обычно встречаются на приливных отмелях или на отмелях вдоль рек.
Вторичные осадочные структуры – это те, которые образовались после отложения. Такие структуры образуются в результате химических, физических и биологических процессов в отложениях. Они могут быть индикаторами обстоятельств после дачи показаний. Некоторые из них можно использовать в качестве критериев повышения .
Органические материалы в отложениях могут оставлять больше следов, чем просто окаменелости. Сохранившиеся следы и норы являются примерами следов окаменелостей (также называемых ихноокаменелостями). [41] Такие следы встречаются относительно редко. Большинство следов окаменелостей представляют собой норы моллюсков или членистоногих . Седиментологи называют это закапывание биотурбацией . Это может быть ценным индикатором биологической и экологической среды, существовавшей после отложения отложений. С другой стороны, роющая деятельность организмов может разрушить другие (первичные) структуры в отложениях, что затрудняет реконструкцию.
Вторичные структуры могут также образовываться путем диагенеза или образования почвы ( педогенеза ) при обнажении осадка над уровнем воды. Примером диагенетической структуры, распространенной в карбонатных породах, является стилолит . [42] Стилолиты представляют собой плоскости неправильной формы, в которых материал растворялся в поровых жидкостях породы. Это может привести к осаждению определенных химических веществ, вызывающих окрашивание и окрашивание породы, или к образованию конкрементов . Конкреции представляют собой примерно концентрические тела, отличающиеся по составу от вмещающей породы. Их образование может быть результатом локализованных осадков из-за небольших различий в составе или пористости вмещающих пород, например, вокруг окаменелостей, внутри нор или вокруг корней растений. [43] В карбонатных породах, таких как известняк или мел , часто встречаются кремнистые или кремневые конкреции, тогда как земные песчаники иногда содержат железные конкреции. Кальцитовые конкреции в глине, содержащие угловатые полости или трещины, называются септарными конкрециями .
После осаждения физические процессы могут деформировать осадок, образуя третий класс вторичных структур. Контраст плотности между различными осадочными слоями, например, между песком и глиной, может привести к образованию пламенных структур или отливов нагрузки , образованных инвертированным диапиризмом . [44] Хотя обломочный слой все еще жидкий, диапиризм может привести к погружению более плотного верхнего слоя в нижний слой. Иногда контрасты плотностей возникают или усиливаются при обезвоживании одной из литологий. Глина легко сжимается в результате обезвоживания, а 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 течь сквозь них, образуя несогласованные тела осадочных пород, называемые осадочными дайками . Тот же процесс может образовать грязевые вулканы на поверхности там, где они прорвали верхние слои.
Осадочные дайки также могут образовываться в холодном климате, где почва большую часть года постоянно промерзает. В результате морозного выветривания в почве могут образовываться трещины, которые сверху заполняются щебнем. Такие конструкции можно использовать как индикаторы климата, а также как конструкции, ведущие вверх. [45]
Контраст плотности также может вызывать мелкомасштабные разломы , даже во время седиментации (синхронно-осадочные разломы). [46] Такие разломы также могут возникать, когда большие массы нелитифицированных отложений откладываются на склоне, например, на передней стороне дельты или континентальном склоне . Нестабильность таких отложений может привести к оседанию отложенного материала , образованию трещин и складок. Образующиеся структуры в породе представляют собой синседиментационные складки и разломы, которые трудно отличить от складок и разломов, образованных тектоническими силами, действующими на литифицированные породы.
Условия, в которых формируется осадочная порода, называются средой осадконакопления . Каждая среда имеет характерное сочетание геологических процессов и обстоятельств. Тип отложившихся отложений зависит не только от осадка, который переносится в определенное место ( происхождение ), но и от самой окружающей среды. [47]
Морская среда означает , что порода образовалась в море или океане . Часто различают глубоководную и мелководную морскую среду. Глубоководная морская среда обычно относится к средам на глубине более 200 м ниже поверхности воды (включая абиссальную равнину ). Мелководная морская среда существует рядом с береговой линией и может простираться до границ континентального шельфа . Движение воды в таких средах обычно имеет более высокую энергию, чем в глубоких средах, поскольку волновая активность уменьшается с глубиной. Это означает, что более крупные частицы осадка могут переноситься, а отложившийся осадок может быть более крупным, чем в более глубоких средах. Когда осадки переносятся с континента, откладывается чередование песка , глины и ила . Когда континент находится далеко, количество таких отложений может быть небольшим, и биохимические процессы доминируют в типе формирующейся породы. В мелководной морской среде вдали от берега, особенно в теплом климате, в основном наблюдаются отложения карбонатных пород. Мелкая теплая вода является идеальной средой обитания для многих мелких организмов, которые строят карбонатный скелет. Когда эти организмы умирают, их скелеты опускаются на дно, образуя толстый слой известняковой грязи, которая может превратиться в известняк. Теплая мелководная морская среда также является идеальной средой для коралловых рифов , осадки которых состоят в основном из известковых скелетов более крупных организмов. [48]
В глубоководной морской среде течение воды, воздействующее на морское дно, невелико. В такие места могут быть перенесены только мелкие частицы. Обычно отложения, откладывающиеся на дне океана, представляют собой мелкую глину или небольшие скелеты микроорганизмов. На глубине 4 км растворимость карбонатов резко возрастает (зона глубин, где это происходит, называется лизоклином ) . Известковый осадок, опускающийся ниже лизоклина, растворяется; в результате ниже этой глубины не может образоваться известняк. Скелеты микроорганизмов, образованных кремнеземом ( например, радиолярий ), не так растворимы и все еще откладываются. Примером породы, состоящей из кремнеземных скелетов, является радиоларит . Когда дно моря имеет небольшой уклон, например, на материковых склонах , осадочный чехол может стать неустойчивым, вызывая мутные течения . Мутные течения представляют собой внезапные нарушения обычно спокойной глубоководной морской среды и могут вызвать почти мгновенное осаждение большого количества отложений, таких как песок и ил. Последовательность горных пород, образованная мутным потоком, называется турбидитом . [49]
Побережье представляет собой среду, в которой преобладают волны. На пляже откладываются преимущественно более плотные осадки, такие как песок или гравий, часто смешанные с обломками ракушек, в то время как материал размером с ил и глину удерживается в механической взвеси. Приливные отмели и отмели – это места, которые иногда пересыхают из-за прилива . Они часто прорезаны оврагами , где течение сильное и размер зерен отложенного осадка больше. При впадении рек в водоем, как на морском, так и на озерном побережье, могут образовываться дельты . Это крупные скопления осадков, перенесенные с континента в места перед устьем реки. Дельты преимущественно состоят из обломочных (а не химических) отложений.
Континентальная осадочная среда — это среда внутри континента. Примерами континентальной среды являются лагуны , озера, болота , поймы рек и аллювиальные конусы . В тихой воде болот, озер и лагун откладываются мелкие осадки, смешанные с органическими веществами отмерших растений и животных. В реках энергия воды намного больше и может переносить более тяжелый обломочный материал. Помимо переноса водой, осадки могут переноситься ветром или ледниками. Осадки, переносимые ветром, называются эоловыми и почти всегда очень хорошо отсортированы , тогда как осадки, переносимые ледником, называются ледниковыми тиллями и характеризуются очень плохой сортировкой. [50]
Эоловые отложения могут быть весьма поразительными. В среде осадконакопления формации Тушет , расположенной на северо-западе США , были промежуточные периоды засушливости, которые привели к образованию серии ритмитовых слоев. Позднее эрозионные трещины были заполнены слоями почвенного материала, особенно образовавшегося в результате эоловых процессов . Заполненные участки образовывали вертикальные включения в горизонтально отложенных слоях и, таким образом, свидетельствовали о последовательности событий во время отложения сорока одного слоя формации. [51]
Вид горной породы, образовавшейся в определенной среде осадконакопления, называется ее осадочной фацией . Осадочные среды обычно существуют рядом друг с другом в определенных естественных последовательность. Пляж, на котором откладывается песок и гравий, обычно ограничен более глубокой морской средой немного дальше от берега, где в то же время откладываются более мелкие отложения. За пляжем могут располагаться дюны (где преобладают отложения хорошо отсортированного песка) или лагуна ( где откладывается мелкая глина и органический материал). Каждая осадочная среда имеет свои характерные отложения. Когда осадочные пласты накапливаются с течением времени, окружающая среда может смещаться, приводя к изменению фаций в недрах в одном месте. С другой стороны, если проследить по латерали слой породы определенного возраста, литология ( тип породы) и фация со временем изменяются. [52]
Фации можно отличить по-разному: наиболее распространенными являются литология (например, известняк, алевролит или песчаник) или содержание ископаемых . Кораллы , например, обитают только в теплой и мелководной морской среде, поэтому окаменелости кораллов типичны для мелководных морских фаций. Фации, определяемые литологией, называются литофациями ; фации, определяемые окаменелостями, являются биофациями . [53]
Осадочные среды могут с течением времени менять свое географическое положение. Береговые линии могут смещаться в сторону моря при падении уровня моря ( регрессия ), при подъеме поверхности ( трансгрессия ) из-за тектонических сил в земной коре или когда река образует большую дельту . В недрах такие географические сдвиги осадочных обстановок прошлого фиксируются в сдвигах осадочных фаций. Это означает, что осадочные фации могут меняться либо параллельно, либо перпендикулярно воображаемому слою породы фиксированного возраста - явление, описываемое законом Вальтера . [54]
Ситуация, при которой береговые линии движутся в направлении континента, называется трансгрессией . В случае трансгрессии более глубокие морские фации отлагаются над более мелководными, такая последовательность называется налипанием . Регрессия — это ситуация, при которой береговая линия движется в направлении моря. При регрессии более мелкие фации откладываются поверх более глубоких, такая ситуация называется перекрытием . [55]
Фации всех пород определенного возраста можно нанести на карту, чтобы дать представление о палеогеографии . Последовательность карт для разных эпох может дать представление о развитии региональной географии.
Места, где происходит крупномасштабное осаждение, называются осадочными бассейнами . Количество осадка, которое может отложиться в бассейне, зависит от глубины бассейна, так называемого аккомодационного пространства . Глубина, форма и размеры котловины зависят от тектоники , движений внутри литосферы Земли . Там, где литосфера движется вверх ( тектоническое поднятие ), земля в конечном итоге поднимается над уровнем моря, и эта территория становится источником новых отложений, поскольку эрозия удаляет материал. Там, где литосфера движется вниз ( тектоническое опускание ), образуется бассейн и откладываются осадки.
Тип бассейна, образовавшегося в результате разделения двух частей континента, называется рифтовым бассейном . Рифтовые котловины представляют собой вытянутые, узкие и глубокие котловины. За счет дивергентного движения литосфера растягивается и истончается, вследствие чего горячая астеносфера поднимается и нагревает вышележащий рифтовый бассейн. Помимо континентальных отложений, рифтовые бассейны обычно имеют часть заполнения, состоящую из вулканических отложений . Когда бассейн увеличивается из-за продолжающегося растяжения литосферы, рифт увеличивается, и море может проникнуть в него, образуя морские отложения.
Когда кусок литосферы, который был нагрет и растянут, снова остывает, его плотность возрастает, вызывая изостатическое опускание. Если это опускание продолжается достаточно долго, бассейн называется провисающим. Примерами провисающих бассейнов являются регионы вдоль пассивных окраин континентов , но провисающие бассейны также можно найти внутри континентов. В провисающих бассейнах дополнительного веса вновь отложившихся отложений достаточно, чтобы оседание продолжалось в порочном круге . Таким образом, общая мощность осадочного заполнения в прогибном бассейне может превышать 10 км.
Третий тип бассейнов существует вдоль границ сходящихся плит – мест, где одна тектоническая плита движется под другую в астеносферу. Погружающаяся плита изгибается и образует преддуговую впадину перед перекрывающей плитой – вытянутую, глубокую асимметричную впадину . Преддуговые котловины выполнены глубоководными морскими отложениями и мощными толщами турбидитов. Такое заполнение называется флишем . Когда конвергентное движение двух плит приводит к столкновению континентов , бассейн мелеет и превращается в форландовый бассейн . В то же время тектоническое поднятие образует в перекрывающей плите горный пояс , из которого размываются и переносятся в котловину большие количества материала. Такой эрозионный материал растущей горной цепи называется молассой и имеет либо мелководно-морскую, либо континентальную фацию.
В то же время растущая масса горного пояса может вызвать изостатическое опускание в районе перекрывающей плиты по другую сторону от горного пояса. Тип бассейна, возникающий в результате этого опускания, называется задуговым бассейном и обычно заполняется мелководными морскими отложениями и молассой. [56]
Во многих случаях фациальные изменения и другие литологические особенности толщ осадочных пород носят циклический характер. Этот циклический характер был вызван циклическими изменениями в поставках наносов и осадочной среде. Большинство этих циклических изменений вызваны астрономическими циклами. Короткие астрономические циклы могут быть разницей между приливами или весенним приливом каждые две недели. В более широком масштабе времени циклические изменения климата и уровня моря вызваны циклами Миланковича : циклическими изменениями ориентации и/или положения оси вращения Земли и орбиты вокруг Солнца. Известно несколько циклов Миланковича продолжительностью от 10 000 до 200 000 лет. [57]
Относительно небольшие изменения в ориентации земной оси или продолжительности времен года могут оказать серьезное влияние на климат Земли. Примером могут служить ледниковые периоды последних 2,6 миллионов лет ( четвертичный период ), которые, как предполагается, были вызваны астрономическими циклами. [58] [59] Изменение климата может повлиять на глобальный уровень моря (и, следовательно, на количество места для размещения в осадочных бассейнах) и поступление наносов из определенного региона. В конце концов, небольшие изменения астрономических параметров могут вызвать большие изменения в осадочной среде и седиментации.
Скорость отложения осадка различается в зависимости от местоположения. В канале приливной отмели за день может отложиться несколько метров наносов, тогда как на глубоком дне океана каждый год накапливается лишь несколько миллиметров наносов. Различают нормальную седиментацию и седиментацию, вызванную катастрофическими процессами. Последняя категория включает в себя все виды внезапных исключительных процессов, таких как массовые перемещения , оползни или наводнения . Катастрофические процессы могут сопровождаться внезапным выпадением сразу большого количества осадков. В некоторых осадочных средах большая часть всей толщи осадочных пород образовалась в результате катастрофических процессов, хотя окружающая среда обычно представляет собой тихое место. В других осадочных средах преобладает нормальное продолжающееся осадконакопление. [60]
Во многих случаях седиментация происходит медленно. В пустыне , например, ветер в некоторых местах откладывает кремнисто-обломочный материал (песок или ил), или катастрофическое наводнение вади может вызвать внезапное отложение большого количества обломочного материала, но в большинстве мест преобладает эоловая эрозия. Количество образующейся осадочной породы зависит не только от количества подаваемого материала, но и от того, насколько хорошо материал консолидируется. Эрозия удаляет большую часть отложенных отложений вскоре после их отложения. [60]
То, что новые слои породы находятся над более старыми слоями породы, утверждается в принципе суперпозиции . Обычно в последовательности имеются некоторые пробелы, называемые несогласиями . Это периоды, когда не откладывались новые отложения или когда более ранние осадочные слои поднимались над уровнем моря и подвергались эрозии.
Осадочные породы содержат важную информацию об истории Земли . Они содержат окаменелости, сохранившиеся останки древних растений и животных . Уголь считается разновидностью осадочной породы. Состав отложений дает нам представление о первоначальной породе. Различия между последовательными слоями указывают на изменения в окружающей среде с течением времени. Осадочные породы могут содержать окаменелости, поскольку, в отличие от большинства магматических и метаморфических пород, они образуются при температурах и давлениях, которые не разрушают ископаемые остатки.
Провенанс – это реконструкция происхождения отложений. Все горные породы, выступающие на поверхность Земли, подвергаются физическому или химическому выветриванию и распадаются на более мелкозернистые осадки. Источником осадочного детрита могут быть все три типа горных пород ( магматические , осадочные и метаморфические породы). Целью исследований происхождения осадочных пород является реконструкция и интерпретация истории отложений от первоначальных материнских пород в районе источника до окончательного детрита на месте захоронения. [61]
</ref>
