1. 15. Процессы постседиментационного преобразования осадков

В результате процессов аккумуляции, производимых экзогенными агентами, на земной поверхности накапливается толща осадков. Со временем они трансформируются в горные породы осадочного происхождения.

Литогенезом называют всю совокупность процессов осадконакопления (седиментогенеза) и образования осадочных горных пород (диагенеза). Характер постседиментационных преобразований зависит от условий залегания горных пород, т. е. их расположения на земной поверхности или в глуби земной коры.

Диагенез заключается в превращении рыхлых осадков в плотные породы. Так как более 95 % объема осадочных пород территории суши имеют морское происхождение, то процессы диагенеза логично рассматривать на их примере. Изначальному морскому осадку свойственны обогащенность водой, органическими и химически осажденными веществами. Эти компоненты физико-химически взаимодействуют друг с другом и окружающей средой, что ведет к образованию осадочных пород, устойчивых к данным конкретным условиям.

Диагенез включает следующие превращения:

• растворение и вынос неустойчивых соединений (минералов);

• образование новых, устойчивых соединений (минералов);

• уплотнение и обезвоживание;

• миграция минералов и образование конкреций;

• цементация и перекристаллизация вещества.

Все эти процессы протекают в условиях высокой влажности и изобилия бактерий. Влага облегчает диффузию вещества. Бактерии разлагают органику – изменяется химическая реакция внутри осадка, и образуются новые минералы. В окислительной среде формируются гидроокислы металлов (лимонит, боксит), в нейтральной – карбонаты (сидерит), в восстановительной – сульфиды (пирит). Уплотнение и обезвоживание обусловлены давлением, создаваемым вышележащими слоями, – так глины превращаются в аргиллиты. Цементация идет разными путями: заполнением свободного пространства между обломками различными соединениями, выпадающими из растворов; кристаллизации цементирующего вещества на поверхности обломков с образованием корочек, отличающихся по составу от обломков; разрастанием обломочных зерен и восстановлением их кристаллографической формы. В качестве цемента могут выступать глинистые, железистые, карбонатные, кремнистые и другие соединения. Благодаря цементации песок превращается в песчаник. Процессы образования конкреций и замещения минеральных соединений протекают при участии растворов. При этом может наблюдаться метасоматоз (замещение одного минерала другим) и псевдоморфизация – разновидность метасоматоза, при которой полностью сохраняется внешняя форма первичного минерала. Перекристаллизация осадка является реакцией на рост давления и температуры, чаще всего она происходит в карбонатных и кремнистых органогенных и хемогенных отложениях. Перекристаллизация проявляется в увеличении размера кристаллов, слагающих породу, или в преобразовании органических соединений в кристаллические. В частности, благодаря перекристаллизации и псевдоморфизации возникают окаменелости.

Осадочные породы, возникшие благодаря диагенезу, могут подвергаться дальнейшим изменениям. Такие постдиагенетические изменения называют эпигенетическими. Главные причины эпигенеза – тектонические движения, под действием которых породы либо погружаются на большие глубины, либо выносятся на поверхность.

В случае погружения порода перекрывается новыми осадочными толщами, т. е. оказывается в глуби земной коры. При этом на фоне роста температур и давления наблюдается последовательный ряд трансформаций, все более близких к метаморфизму.

Катагенезом называют процесс уплотнения осадочных пород, протекающий за пределами зоны диагенеза, но еще не в зоне метаморфизма. Происходит при повышенных температурах и давлении и в присутствии минерализованных подземных вод.

Пример: образование из торфа углей: вначале бурого, затем каменного и, наконец, антрацита. Дальнейший рост температур и давления ведет к еще более глубоким изменениям горных пород.

Метагенез – последняя, близкая к метаморфизму ступень постседиментационного преобразования пород в глуби земной коры. Протекает при еще более высоких (сравнительно с катагенезом) температуре и давлении, и в присутствии минерализованных растворов. При метагенезе идут процессы перекристаллизации и растворения, взаимодействия минералов и горных пород с минерализованными растворами – изменяются химический и минеральный состав горных пород, их структуры и текстуры. Понятие метагенеза нередко рассматривается как синоним низшей ступени метаморфизма.

Если же осадочная порода оказывается на поверхности или близ нее (в результате тектонического поднятия или денудации), то изменения носят обратный характер. Совокупность происходящих при этом процессов называется гипергенезом (от греч. hyper – над, сверх и genes – рождающий, рожденный) – физическое и химическое изменение горных пород в верхних частях земной коры или на ее поверхности под действием атмосферы, гидросферы и живых организмов. Ведущую роль играют процессы выветривания. В результате растворения возрастает пористость горных пород и уменьшается их плотность. Благодаря гидратации увеличивается объем и снижается прочность пород. Таким образом гипергенез, по сравнению с катагенезом и метагенезом, ведет к регрессивному изменению горных пород.