Реферат: Осадочная оболочка Земли

Измерение площадей современного распространения важнейших типов океанских осадков и их объемов велось по картам литологических формаций океанов отдельно для Тихого, Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океанов. Погрешности измерения площадей лежат в пределах ± 5%, а объемов - ± 10%, причем величин погрешностей убывает вверх по стратиграфической шкале. Результаты измерения площадей и объемов, а также подсчетов производных параметров сведены в табл. 9, IC

Общая площадь распространения современных океанских осадков 28S * IO6 км2.Она непостоянна и изменяется в зависимости от возраста осадков. В каждом из океанов эта площадь закономерно увеличивается снизу вверх по стратиграфической шкале от минимальной у верхнеюрских отложений к максимальной у плиоценовых.

Наибольшая площадь океанской седиментации приходится на Тихий океан 146 км2, или 52% общей площади распространения пелагических и гемипелагическихосадков Мирового океана. Далее в порядке убывания площади следует Атлантический (71 км2, или 25%), Индийский (64 или 22%) и Северный Ледовитый (4 км2, или 1%) океаны.

Общий объем осадков Мирового океана достигает 115 * IO6 км3, а без четвертичных-- приближается к 100 * IO6 км3. Он более чем втрое уступает суммарному объему (366 * IO6 км3) синхронных отложений (Je-N2) континентов (188 * 10 км) и континентальных окраин (178 * IO6 км3). Если допустить, что субдукция имела место в прошлые геологические периоды, то количество пелагических осадков, поглощенных в зонах Заварицкого-Беньофапри поддвиге океанической коры под континенты должно возрастать с увеличением возраста этих осадков. По приблизительным расчетам А.П. Лисицына, за последние169 млн лет, т.е. с поздней юры до современной эпохи, в зоны субдукции ушло225 км3 пелагического и гемипелагического осадочного материала. Приняв эту величину и добавив к ней рассчитанный нами объем сохранившихся осадков (100 км3), а также объем четвертичных, рассчитанный приближенно (15 км3) и равный половине объема осадков плиоцена, получим, что общий объем осадков, накопившихся на океанском ложе в течение Jj- Q, должен был достигать 340 км3.

Рассмотрим теперь, как распределяются по океанам объемы сохранившихся океанских осадков. Наибольший приходится на Тихий океан (37 км3), немногим уступают ему объемы осадков Атлантического (33 км3) и Индийского (26 км3), тогда как на Северный Ледовитый приходится всего лишь 4 км3гемипелагических осадков.

Неоднородность строения осадочной оболочки прослеживается и в океанах. Здесь она выражена гораздо слабее, чем на континентах. Тем не менее океаны отличаются друг от друга особенностями строения и литологического состава отложений I сейсмического слоя, прежде всего средней объемной распространенностью важнейших типов осадков и фациальными условиями их накоплени. В ряду от Тихого Атлантическому, Индийскому и Северному Ледовитому океану нетрудно проследить закономерное изменение вклада различных фациальных обстановок накопления осадков общий баланс седиментации. В ряду растет распространенность мелководных морских (от 2 до 10%) и гемиплегических (от 44 до 90%) формаций, а распространенность формаций пелагических снижается (от 53% до 0).

В Тихом океане по сравнению с другими океанами наиболее широко представлены карбонатные (43%), кремнистые (11%) и гляциально-морские (5%) осадки, а также красные глубоководные глины (10% от общего объема осадков). В его разрезе практически отсутствуют битуминозные черные глины, сравнительно мало турбидитов (8%)и серо-зеленых глубоководных глин (0,5%). Суммарный объем всех типов глинистых осадков здесь минимальный (26%) по сравнению с другими океанами.

В Атлантическом океане, наоборот, глинистые осадки слагают почти половину общего объёма отложений (49%), причем здесь гораздо шире, чем в других океанах, развиты битуминозные черные глины (6%) и серо-зеленые глубоководные глины (5%). Отличительной чертой I слоя осадков Индийского океана является исключительно большой27%) вкладе строение его разреза преимущественно дельтовых турбидитов (реки Инд, Ганг, Брахмапутра) и минимальный по сравнению с другими океанами пай гляциально-морских (2%) и кремнистых (3%) осадков. В Северном Ледовитом океане господствующим типом осадков являются гемипелагические глины (72%) при полном отсутствии осадков пелагических.

Достаточно определенно выделяются две группы океанов, отличающиеся друг от друга по особенностям строения и литологического состава осадков. Первая группа охватывает молодые океаны -- Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый, а ко второй относится древний Тихий океан. В молодых океанах гемипелагические осадки преобладают по объему над пегалигческими, глинистые формации -над карбонатными при значительном вкладе турбидитов, мелководных морских отложений и сравнительно слабом развитии кремнистых илов, гляциально-морских осадков и вулканитов. В континентальном обрамлении этих океанов пассивные окраины резко преобладают над активными. Особенности Тихого океана диаметрально противоположны.

В его пределах пелагические осадки преобладают по объему над гемипелагическими, карбонатные формации -- над глинистыми при незначительном вкладе турбидитов, мелководных морских отложений и весьма широком распространении кремнистых

4. Средний химический состав осадочных и вулканических пород осадочной оболочки Земли

Оценки среднего химического состава важнейших типов осадочных и вулканических пород платформ, геосинклиналей и орогенных областей континентов и пелагиали океанов опираются на данные об их объемной распространенности и на результаты обобщения многих тысяч химических анализов. Они показывают, что одни и те же типы пород отличаются друг от друга по своему составу в зависимости от геотектонических фациальных условий их формирования и геологического возраста. В песчаных порода наблюдается последовательное снижение среднего содержания SiO2в ряду структур от платформ к геосинклиналям и орогенным прогибам. Это связано с более глубоким выветриванием исходных материнских пород (гранитоидов и гранито-гнейсов щитов), первично обогащенных кварцем, длительной миграцией и перемыванием продуктов выветривания и более медленным их захоронением на платформах по сравнению с мобильными зонами. В том же ряду структур убывает в песках и глинах содержание K2O и растет содержание MgO. Эти тенденции в значительной мере связаны с составом пород питающих провинций, поскольку продукты разрушения гранитоидов, сносившихся со щитов преимущественно на платформы, обогащены калиевым материалом (ортоклазом, микроклином и слюдой), тогда как производные разрушения основных и ультраосновных эффузивов, обогащенные магнием, тяготеют преимущественно к геосинклинальным и орогенным поднятиям, питая магнием пески и глины мобильных зон. Карбонатные же породы этих зон сравнительно бедны магнием, характерным для платформенных верхнепротерозойских палеозойских карбонатов, что определялось прежде всего благоприятными фациальными условиями накопления доломитов преимущественно в центральных пространствах мелководных платформенных морей и в прибрежных зонах у стабильной суши. Значительные содержания Na2O в основных эффузивах и достаточно широкое присутствие в них плагиоклазов предопределили обогащение натрием песков и глингеосинклиналей и в меньшей степени -- орогенных областей в отличие от терригенных пород платформ. В геосинклинальных песках и в особенности в глинах и сланцах отмечается четко выраженный минимум содержания воды, определявшийся здесь наиболее интенсивным гравитационным уплотнением пород и их сжатием в процессе складчатости.

Для геосинклинальных песков и глин характерен также минимум в содержании летучих компонентов. По данным табл. 15,16 выявляются отличия состава совокупности осадочных пород платформ, геосинклиналей, орогенных областей континентов и пелагиали океанов. В этих таблицах выведены средние составы осадочных комплексов каждой структурной зоны исходя из объемной распространенности слагающих их литологических типов пород с учетом и без учета присутствующих в разрезах эффузивов. Серия графиков, построенная по этим данным, иллюстрирует отличия в средних составах осадочного чехла главных глобальных структур и показывает их закономерный характер. Так, в ряду структурных зон на профиле от пелагиали океанов к платформам, а затем к геосинклиналям континентов в осадках закономерно возрастает среднее содержание кремнезема. Однако средняя величина алюмо-кремневого модуля (Al2O3ZSiO2), являющегося мерой интенсивности разделения кремнезема и глинозема в процессах литогенеза, остается в этом ряду структур практически неизменной. Величина же алюмо-кремневого модуля в слагающих эти комплексы песках и в меньшей мере глинах колеблется в ряду тех же структур в достаточно широких пределах. Эти факты дают основание полагать, что процессы разделенияSiO2 и Al2O3, проявляющиеся с различной интенсивностью в отдельно взятых типах пород разных структурных зон континентов и океанов, взаимно компенсируются при рассмотрении всей совокупности терригенных пород в каждой из глобальных зон осадочной оболочки Земли, приводя в конечном счете к единому общему уровню средних значений модуля. Такая общепланетарная нивелировка результатов процессов дифференциации осадочного вещества определяется, как мы увидим ниже средней величиной отношения кремнезема к глинозему в материнских породах кристаллической коры.

Количество CaO в осадочных толщах последовательно нарастает в ряду структур от мобильных зон континентов (геосинклинальных и орогенных прогибов) к стабильным зонам (платформам) и достигает максимума & океанах, I сейсмический слой которых более чем вдвое богаче кальцием, чем осадочная толща мобильных областей континентов. В противоположность этому среднее содержание MgO1минимальное в осадках океанов, вдвое увеличивается в ряду структур к платформам. Минимально также в осадочной толще океанов содержание K2O и NajO, которые более всего накапливаются в геосинклинальных осадках. В сторону океанов закономерно нарастает окисленность железа.

При сопоставлении среднего химического состава осадочной оболочки континентов целом со средним составом осадочного слоя океанов выявляются значительные отличия в составе этих двух частей стратосферы Земли. Осадочная оболочка континентов гораздо богаче кремнеземом, железом, натрием, калиеми магнием, тогда как океанические осадки отличаются почти вдвое более высоким содержанием кальция и втрое большей величиной отношений CaO/MgO и Fej O3ZFeO.

Осадки океанов отличаются от осадочных пород континентов не только химическим, но и минералогическим составом. Для них характерно преобладание среди глинистых минералов монтмориллонитовых ассоциаций, в частности ферримонтмориллонита, тогда как в осадочных толщах континентов преимущественно развиты гидрослюдистые ассоциации, особенно в глубоко залегающих древних горизонтах, а монтмориллонитовые ассоциации широко распространены лишь в верхних этажах разреза.

Закономерные глобальные изменения среднего химического состава присущи не только осадочным, но и вулканическим комплексам пород. В ряду глобальных структур от пелагиали океанов к платформам, а затем к геосинклинальным и орогенным областям континентов прослеживается строгая зависимость среднего состава вулканических комплексов от тектонического режима этих структур. Графики, построенные по этим данным, указывают на последовательный рост средних содержаний кремнезёма, щелочей и средних величин отношенийFe20 3/Fe0 и CaO/MgO в вулканических комплексах в ряду глобальных структур. Некоторое отклонение от этой закономерности наблюдается у щелочей (K2Oи Na2O), образующих на фоне общего роста содержаний минимумы в геосинклиналях. Противоположно направленная тенденция снижения средних содержаний устанавливается для FeO, MgO, MnO, суммы железа и щелочных земель в комплексах вулканитов от океанов к орогенам. Эта же тенденция прослеживается уTiO2 и P2O5, но только в пределах континентальных структур с отклонением от общей тенденции в океанах в связи с преобладанием здесь толеитовых базальтов. Аномальный рост средней величины Na20/K20 на фоне общего ее падения обнаруживается геосинклиналях.

Приведенные обобщения, опирающиеся на огромный аналитический материал, взвешенный объемной распространенности пород в вулканических комплексах главных структурных зон Земли, свидетельствует прежде всего о том, что средние химические составы вулканических комплексов находятся в прямой зависимости от тектонического режима вулканических излияний. С ростом мобильности земной коры в ряду структур происходит закономерный рост кислотности и щелочности вулканических комплексов, степени окисленность слагающих их пород и относительное обогащение кальцием, достигающее максимальных значений в орогенных областях. Параллельно наблюдается обеднение вулканических комплексов закисным железом, магнием и марганцем.

Средний химический состав вулканических комплексов ложа океанов и срединных океанических хребтов отвечает составу толеитовых базальтов, на платформах -- составу основных магматических пород, в геосинклиналях - андезита-базальтам, а в орогенных областях - андезито-дацидам, обогащенным по сравнению с геосинклинальными вулканитами калием.

Установленные закономерности изменения среднего химического состава вулканических комплексов на геотектоническом профиле Земли коррелируют с последовательными закономерным ростом средних скоростей погружения земной коры в ряду глобальных структур от океанов к мобильным зонам континентов. Продолжая сопоставления, сравним теперь средний химический состав осадочной оболочки Земли в целом со средним составом гранитно-метаморфического слоя континентов (табл. 19). Они отличаются друг от друга прежде всего содержаниями летучих компонентов, щелочных земель и щелочей. Устанавливается многократное обогащение пород стратосферы летучими. Среднее содержание кальция здесь почти втрое выше, чем в гранитно-метаморфическом слое, несколько повышено содержание магния как следствие этого -- более высокая величина отношения CaO/MgO. В противоположность этому в осадочной оболочке почти вдвое ниже концентрация Na2O, заметно ниже -- K2O и соответственно меньше средняя величина отношения Na2O//K2O. Почти в два раза возрастает в стратосфере средняя величина отношения Fe2O3ZFeO, на 15% снижается содержание SiO2, практически неизменной остается величина алюмо-кремневого модуля. Таким образом, получают подтверждение выводы автора и А.А. Ярошевского,сформулированные более 20 лет назад, о том, что фундаментальной особенностью пород стратосферы является отчетливо выраженное отличие их состава от среднего состава пород гранитно-метаморфического слоя континентального блока, которые являются одним из главных источников вещества осадков по крайней мере для последних 1,6 млрд лет земной истории. Это отличие прежде всего проявляется резко повышенном содержании в стратосфере и непосредственно с нею связанной гидросфере воды, углекислоты, органического углерода, а также серы, хлора, фтора, бора и других избыточных летучих, что рассматривается всеми геохимиками как указание на непосредственное выделение их из мантии в процессе дегазации.

Нашла подтверждение и другая важная особенность состава осадочных пород стратосферы-- высокое содержание в них кальция, что до сих пор остается самой загадочной чертой геохимии поверхностных оболочек. Несколько завышено в стратосфере и содержание MgO. Весьма характерны также пониженные содержания натрия и калия и слегка сдвинутое в пользу калия отношения (Na/K). Окислительные условия на земной поверхности определяют более высокое отношение Fe20 3/Fe0 в осадочных породах, а также повышенное содержание в них сульфатной серы. Ничтожный рост величины алюмо-кремневого модуля в стратосфере по сравнению с гранитно-метаморфическим слоем свидетельствует о том, что постоянство отношения глинозёма к кремнезему, установленное для осадочной оболочки континентов и океанов, унаследовано от гранитно-метаморфического слоя земной коры.