Литогенез. 
Литогенез

Процесс формирования осадочной породы протекает в несколько стадий:

гипергенез седиментогенез диагенез катагенез метагенез Под гипергенезом понимается стадия мобилизации осадочного материала. Иными словами, это стадия возникновения частиц будущей осадочной породы из ранее существовавших пород. На стадии седиментогенеза происходит образование собственно осадка. Появившиеся частицы мобилизуются и переносятся под действием тех или иных внешних сил, а затем осаждаются в конечном или промежуточном бассейне. Диагенез — это стадия преобразования осадка в горную породу, что происходит на дне бассейна седиментации (=осадочного бассейна). Следующая далее стадия катагенеза (иногда также именуемая эпигенезом) предполагает преобразование осадочной горной породы под действием относительно невысоких температур и давлений. Наконец, на заключительной стадии метагенеза происходит глубокое изменение осадочной породы при относительно высоких температурах и давлениях. По появлению аутигенного мусковита проводится условная граница между метагенетически измененной и метаморфической породой. Следует четко понимать, что порода, подвергшаяся метагенезу, остается принципиально осадочной.

Под литогенезом понимаются три первые из указанных стадий. Впервые термин «литогенез» ввел в науку Вальтер в 1894 г., который предложил этот термин для обозначения нового научного направления в геологии, которое ставило целью познать происхождение ископаемых пород с помощью изучения современных процессов породообразования. Иными словами, литогенез в таком понимании рассматривался как метод реконструкции процесса осадконакопления на основе актуалистических принципов. Вскоре возникло другое толкование термина, которое в 1970 г. было предложено Огом. Литогенезом он назвал определенную стадию геологического цикла (наряду с орогенезом и глиптогенезом), охватывающую всю совокупность процессов образования и эволюции осадочных пород. В дальнейшем именно такое понимание литогенеза получило наибольшее распространение, хотя и подверглось существенной модификации. Так, под литогенезом некоторые геологи стали понимать процессы образования вообще всех горных пород, включая помимо осадочных магматические и метаморфические. В 1962 г. советский геолог Вассоевич предложил для осадочного породообразования термин «стратолитогенез», для формирования остаточных пород, которые нельзя считать в полном смысле осадочными — термин «лейполитогенез», для процессов, ведущих к формированию метаморфических пород — термин «металитогенез» (с подразделением на ортолитогенез и паралитогенез), для процессов, связанных с генезисом изверженных пород — термин «магмалитогенез». Одновременно с этим возникло и получило широкое признание более узкое понимание литогенеза. В 1957 г. Н. М. Страхов ограничил литогенез процессами перемещения и осаждения осадочного материала (седиментогенез) и процессами первичного преобразования этого накопленного материала (осадка) в породу (диагенез). Любопытно, что процессы катагенеза он отнес к числу метагенетических. Позднее большое распространение получили идеи, связанные с эпигенезом. Данный термин стал трактоваться не только как синонимический «катагенезу», но также стал использоваться для обозначения преобразований в осадочных породах, связанных с внешним воздействием в открытых системах. Иными словами, этот термин стал сближаться с понятием «метасоматоз». Учитывая, что для перемещения и отложения осадочного материала необходимо вначале его возникновение путем разрушения ранее существовавших пород, стадию гипергенеза имеет смысл также включать в процесс литогенеза. Здесь следует отметить, что, безусловно, многие осадочные породы формируются без стадии гипергенеза. В качестве примера можно привести процесс карбонатонакопления. Вместе с тем, стадия гипергенеза здесь замаскирована процессами растворения карбонатного вещества из ранее существовавших пород в бассейне седиментации, а также тафономическими процессами, в ходе которых происходит отмирание и осаждение на дно организмов с карбонатной функцией.

Теория литогенеза, которая объединяет большой блок теоретических знаний относительно формирования осадочных пород. Это обобщающий раздел литологии, выясняющий общие закономерности осадкои породообразования и дающий их истолкование. Теория литогенеза начала впервые воздаваться в советской литологии в середине XX века, причем было предложено несколько существенно различных концепций, которые могут быть выделены в две большие группы. Первая из групп объединяет концепции Пустовалова, Кротова, Казаринова. В основу каждой из них положен некоторый принцип или постулат, из которого и выводится теоретическая схема породообразования, иллюстрируемая затем некоторым количеством примеров. В теории Пустовалова (1940 г.) основополагающим принципом является разделение веществ в путях их миграции, причем для обломочных частиц причиной разделения является разница их размеров и удельного веса, для растворенных веществ — разница химических свойств и, в частности, различное отношение к Eh и pH среды. При этом химическая дифференциация веществ, начинаясь на заключительном этапе механической дифференциации, протекает в основном после ее завершения и, так сказать, продолжает ее. Организмы могут лишь несколько ускорять дифференциацию, но не изменять ее. Понимание литогенеза через дифференциацию осадочного вещества подверглось сильной критики со стороны Н. М. Страхова и на некоторое время почти вышло из употребления. Однако фундаментальным принципам осадочной дифференциации уделяется большое значение в современной теории литогенеза, хотя они и не являются ее основным компонентом. Теория осадочной дифференциации во времени, предложенная Кротовым (1953 г.) и Казариновым (1958 г.) исходит из представлений Полынова, согласно которым в бассейне отлагается то и в такой последовательности, что (и когда) выносится из коры выветривания. Эта последовательность начинается легкорастворимыми компонентами и заканчивается труднорастворимыми.

В середине 1950;х г. г. Н. М. Стразовым была предпринята попытка отойти от умозрительно-дедуктивных теоретических построений (правильность ряда из которых впоследствии все же была подтверждена) и создать схему теории литогенеза индуктивным путем на основе сравнительно-литологического анализа большого фактического материала как по современному, так и по древнему литогенезу. По этой схеме в осадочном породообразовании на поверхности Земли различаются 4 типа литогенеза — ледовый, гумидный, аридный и вулканогенно-осадочный. Каждый из них закономерно локализован на поверхности планеты в настоящее время и также закономерно был расположен в геологическом прошлом. Комплекс осадочных пород и полезных ископаемых, возникающих в каждом из указанных типов, характеризуется присущими только ему особенностями и закономерностями вещественного состава. В таком виде теория литогенеза хотя и была несколько модифицирована доминирует в российской литологии вплоть до настоящего времени. Ее альтернативой может быть только отказ от построения такой теории в принципе и принципиально новое обобщение литологической информации. Необходимо отметить, что помимо указанных типов, в настоящее время выделяют еще один тип литогенеза — океанический.

Основными факторами литогенеза являются

климат (играет основную роль) рельеф тектоника Такая триада факторов требует отдельного пояснения. Во-первых, существуют как минимум 2 четко выраженных и часто появляющихся в геологическом пространстве-времени азональных фактора. К их числу относятся вулканизм и установление глубоководных океанических условий. В первом случае извержения вулканов способствуют вовлечению в осадочный процесс огромного количества материала из недр Земли вне зависимости от климатических условий. Во втором случае мощная толща океанической воды практически полностью изолирует процесс осадконакопления от влияния атмосферы, хотя, надо отметить, периодические флуктуации климата могут затрагивать даже такие глубоководные отложения. Во-вторых, в геологическом прошлом неоднократно возникали ситуации, когда континентальные условия оказывались относительно слабо дифференцированными или же их дифференциация принципиально отличалась от той, что мы наблюдаем сегодня. Что касается влияния тектоники, то оно проявляется очень сложно. Относительно редко оно бывает прямым. Например, в результате землетрясений образуются т.п. сейсмиты или же происходит срыв больших объемов осадочного материала с бровки континентального склона и его перемещение под действием силы тяжести к подножью. Чаще же тектоника влияет опосредованно через рельеф. При чем в таком случае ее воздействие уравновешивается действием экзогенных процессов. В иных случаях геодинамический режим территории (особенно области сноса осадочного материала) определяет состав осадочных пород, на чем основан развивающийся в настоящее время во всем мире провенансный анализ. Известны и более «экзотические» случаи, когда тектоника оказывает влияние на процесс накопления осадков не только через рельеф, но и через климат. Например, поднятие Тибетского плато и Гималаев в середине кайнозоя привело к нарушению циркуляции воздушных масс и, согласно современным реконструкциям, спровоцировало оледенение в Антарктике. Аналогично такое ординарное с тектонической точки зрения событие как закрытие Панамского водного прохода с образованием перешейка между Северной и Южной Америкой стало причиной не менее драматических событий в конце кайнозоя, усилив тенденцию к оледенению. В-третьих, распространение живых организмов, которую следует рассматривать в качестве важнейшего контролируеющего фактора осадконакопления, часто также является азональным, не говоря уже о разорванных ареалах, гидротермальных сообществах и островных биогеографических особенностях. Учитывая все вышесказанное, необходимо четко понимать, что теория литогенеза имеет свои ограничения или, правильнее сказать, она должна использоваться одновременно со сторонним критическим анализом получаемых с ее помощью результатов.

Ледовый (=нивальный) тип литогенеза проявляется в областях с нивальным климатом, где среднегодовые температуры меньше 0⁰С, а вода находится преимущественно в твердом состоянии. Сразу надо отметить, что наличие морского бассейна (т.е. свободной ото льда воды) в области с нивальным климатом значительно усложняет проявление этого типа литогенеза. При нивальном типе литогенеза происходит накопление преимущественно обломочных пород со слабой литификацией и малой сортировкой, тогда как диагенез заключается, как правило, только в их уплотнении.

Гумидный тип литогенеза проявляется в областях с гумидным (влажным жарким или умеренно-жарким) климатом, где существует достаточно большое количество воды. В таких условиях формируются разнообразные породы, а диагенез протекает различными путями и отличается сложностью.

Аридный тип литогенеза характерен для областей с аридным (сухим жарким) климатом, где постоянно существует дефицит воды. В таких условиях происходит накопление обломочных пород и минеральных солей. Диагенез заключается в уплотнении осадка и преобразовании неустойчивых минералов в более устойчивые.

Эффузивно-осадочный тип литогенеза связан с образованием специфических по составу осадочных горных пород или смешанных комплексов осадочных и магматических пород в условиях активной вулканической деятельности. Данный тип литогенеза в отдельные эпохи мог пользоваться большим распространением. Так, около 251 млн лет назад в Восточной Сибири сформировалась многокилометровая толща т.н. траппов, которая охватывает огромную территорию — от Урала до р. Лены и от Таймыра до Восточного Казахстана. Примечательно, что формирование этой сложно построенной эффузивно-осадочной толщи могло произойти всего лишь за 160 тыс лет, о чем свидетельствуют результаты последних исследований. Иными словами, данный тип литогенеза может устанавливаться на огромных площадях внезапно и также внезапно вменяться иным типом.

Океанический тип литогенеза характерен для глубоководных областей в Мировом океане, где формирование осадка происходит в форме конденсированной седиментации или рассеянного перерыва. Здесь накапливаются разнообразные глины или кремнистые породы, часто с повышенным содержанием космогенного материала. Последнее обстоятельство связано с крайне небольшими скоростями осадконакопления. Вместе с тем, современные специалисты по морской геологии концентрируют все большее внимание на роли придонных глубоководных течений или же нефелоидных слоев, долгое время поддерживаемых в толще воды, в поступлении и перераспределении осадочного материала на океаническом дне.

Теперь рассмотрим особенности отдельных стадий литогенеза, принимая во внимание возможные различия между охарактеризованными выше типами. Мобилизация осадочного материала на стадии гипергенеза осуществляется в результате действия процессов выветривания — разрушения материнских пород. Зону земной коры, где имеют место эти процессы, называют зонами гипергенеза. Кора выветривания — это конкретное геологическое тело, сложенное продуктами выветривания, оставшимися на месте. Основными агентами химического выветривания являются вода, кислород, углекислая и гуминовые кислоты. Основными агентами физического выветривания являются изменения температуры, а также вода и ветер. Помимо этого мощнейшими факторами выветривания является деятельность живых организмов и антропогенная активность. Выделяют несколько типов кор выветривания:

обломочная кора выветривания, характерная для областей с нивальным или аридным климатом гидрослюдистая кора выветривания, характерная для областей с гумидным климатом.

K[AlSi₃O₈]+H₂O+CO₂->KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH₂)+K₂CO₃+SiO₂

монтмориллонитовая кора выветривания, характерная для участков экспозиции щелочных магматических пород в условиях жаркого климата каолинитовая кора выветривания, также характерная для областей с гумидным климатом.

KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH₂)+H₂O+CO₂->Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈+K₂CO₃+SiO₂

латеритная кора выветривания, характерная для областей с очень жарким и очень влажным (как правило, экваториальным) климатом.

Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈+H₂O+CO₂->Al₂O₃*nH₂O+SiO₂+nH₂O.

На стадии седиментогенеза в районах с нивальным климатом основным фактором перемещения и осаждения осадочного материала является лед. Речь может идти как о континентальном оледенении, так и о морском, т.к. определенная доля осадочного (чаще всего обломочного) вещества транспортируется айсбергами, из которых происходит осаждение на морское дно по мере таяния. Покровные и горные ледники на континенте при движении разрушают коренные породы, а образуемые таким образом обломки либо перемещаются в зоне контакта ледника и подстилающих пород, либо вмерзают в лед и выпадают в осадок по мере таяния в виде моренных отложений. В районах с аридным типом литогенеза на стадии седиментогенеза основным действующим фактором является ветер, под действием которого происходит перемещение осадочного материала на значительные расстояния. Например, обломочные частицы из Сахары выносятся ветром в сторону Атлантического океана, достигая почти что его середины, а иногда и берегов Южной Америки. В северном направлении эти частицы воздушными потока транспортируются через Средиземное море в Европу, где отлагаются у подножий Альп. Некоторые ледники и снежники в высокогорной части швейцарских Альп (район массивов Монте-Роза и Маттерхорн) «подкрашены» и имеют красноватый оттенок из-за осаждения вынесенных из Сахары частиц. В областях с гумидным климатом седиментогенез реализуется во многом за счет перемещения осадочного материала постоянными и временными водными потоками. Таким образом, основными факторами оказываются вода, сила тяжести, а иногда и ветер. При перемещении материала водными потоками выделяют 4 фазы в зависимости от скорости и характера течения:

гладкая фаза (скорость течения минимально достаточна для отрыва обломочных частиц со дна, которое, как правило, выположено) фаза гряд или заструг (скорость водотока в 2−2,5 раза больше упомянутой выше минимальной скорости, высота гряд из обломочного материала может достигать 4 м) фаза хаотического перемещения (скорость водотока в 4−4,5 раза больше минимальной скорости (см. выше); осадочный материал транспортируется по всему сечению реки) антидюнная фаза (скорость водотока в 6−6,5 раза больше минимальной; возможно перемещение осадочного материала вверх по течению путем своего рода выдавливания) В конечном итоге водные потоки выносят осадочный материал в водоемы стока. Лишь часть его (наиболее тонкая) попадает в конечные водоемы стока, тогда как остальная часть отлагается по ходу транспортировки в промежуточных водоемах стока. При попадании в Мировой океан осадочный материал подвергается дифференциации. Сущность механической дифференциации заключается в разъединении осадочного материала в зависимости от плотности, формы и, главным образом, размера обломков. Хотя такая последовательность выдерживается не всегда в направлении от берега отлагаются глыбы->валуны->галька->гравий->песок->алеврит->пелит Минеральная механическая дифференциация в том же направлении выглядит так золото->магнетит->касситерит->ильменит->плагиоклаз->кварц->ПШ Сущность химической дифференциации заключается в преобразовании растворенного осадочного материала в твердую фазу и избирательном осаждении на дно бассейна седиментации. Последовательность осаждения при гумидном климате выглядит так:

алюминий->железо->марганец->фосфор->кремний->карбонаты При аридном климате последовательность выпадения минералов следующая:

кальцит->доломит->ангидрит->галит->сильвин->карналлит->бишофит

Биогенная дифференциация осадочного материала заключается в использовании растворенного материала различными организмами и постепенном переводе его на дно бассейна седиментации в результате жизнедеятельности последних. Физико-химическая жифференциация связана с укрупнением материала в форме коллоидов и избирательном его осаждении на дне.

Диагнез является заключительной стадией литогенеза, на которой осадок превращается в осадочную горную породу. Процессы диагенеза разнообразны и могут сводиться к одной или нескольким из нижеперечисленных форм:

уплотнение осадка преобразование одних минералов в другие образование новых минералов старение коллоидов На протекание процессов диагенеза оказывают влияние физические, химические и биологические факторы. Существенным фактором, контролирующим диагенез, является опять-таки климат. При гумидном климате в зоне протекания диагенеза в терригенных осадков выделяется 3 подзоны:

до 40 см в глубину — резко окислительная среда (характерны окислы и гидроокислы) см — 2 м в глубину — резко восстановительная среда (характерны сульфиды).

2 м в глубину — хаотическое перераспределение минерального состава, формирование конкреций за счет перераспределения состава и часто за счет реакции с органическим углеродом Диагенез карбонатных осадков имеет форму литификации, которая протекает при испарении или отжима морской воды. Он замедляется с увеличением глубины. Диагенез кремнистых осадков протекает иначе. При практически полном отсутствии литификации происходит преобразование минералов во все более устойчивые по следующей схеме опал->кристобаллит->халцедон->кварц В условиях аридного климата процессы диагенеза также сводятся в основном к преобразованию менее устойчивых минералов в более устойчивые. В условиях нивального климата диагенез, как уже говорилось, заключается в уплотнении. В местах соприкосновения крупных обломков возможны минеральные преобразования.