Историческая геохимия Мирового океана. Когда образовался океан. Эволюция состава океана и эволюция океанических осадков. Осаждение железных руд джеспелитов

ГЕОХИМИЯ ВОДЫ

 

Историческая геохимия Мирового океана. Когда образовался океан. Эволюция состава океана и эволюция океанических осадков. Осаждение железных руд джеспелитов

 

 

Проблема происхождения океана, эволюции его солевого состава чрезвычайно сложна и дискуссионна. Разные подходы и методы нередко приводят к противоположным выводам, взгляды одних н тех же ученых со временем изменяются коренным образом. Современный океан хотя и динамическая, но все же очень устойчивая, хорошо отрегулированная инертная система. Несмотря на различия климатических и геологических условий в разных частях океана, соленость и ионный состав воды в нем одинаковы. Это объясняется перемешиванием водных масс в результате горизонтальных течений, вертикальной циркуляции.

 

Масштабы ежегодпого речного стока по сравнению с i общей массой воды в океане малы, однако расчеты показывают, что количество натрия, растворенное в океане, могло накопиться за 84 млн. лет, хлора — за 136 млн. лет, In т. д.

 

Геологические же данные свидетельствуют, что океан значительно старше — он непрерывно существовал в течение всей геологической истории, т, е. около 4 млрд. лет. Такое несоответствие выводов объясняется тем, что наряду с поступлением химических элементов в океан с речным стоком в нем протекают и прямо противоположные процессы удаления элементов в осадки дна, в атмосферу (испарение, вынос солей ветрами и др.).

 

В результате поглощения организмами, сорбция, выпадения солей и других процессов химические элементы переходят из океанической воды в илы. В дальнейшем элементы входят 'в состав осадочных пород, которые, попадая при горообразовании материки, подвергаются эрозии. Так составляющие их элементы с речным стоком снова поступают в океан. Часть осадков в геосинклипальных зонах поступает на значительные глубины, метамор- физуется, а затем переплавляется (анатексис). При застывании образующейся магмы возникают граниты и другие изверженные породы. В ходе горообразования опп также оказываются на поверхности материков и, выветриваясь, поставляют со стоком свои элементы в океап. Доставляет р океан элементы и вулканизм — либо непосредственно (подводный вулканизм), либо через речной сток (наземный вулканизм). Все эти явления круговорота веществ приводят к тому, что один и тот же атом химического элемента многократно поступает в океан, в осадочные породы, в магму, в изверженные породы и т. д. Именно поэтому возраст океана, определенный по речному стоку, сильно занижен.

 

В современном океапе поступление веществ с речным и подземным стоком, с подводным вулканизмом, из атмосферы в общем уравновешено противоположными процессами удаления веществ в осадки дна и в атмосферу. Мощным механизмом регулирования состава океана является биологический круговорот атомов.

 

Иная картина представляется при рассмотрении эволюции состава океанических вод за время геологической истории, особенно при анализе событий докембрия. При таком подходе устанавливается неизбежность эволюции океана, коренного изменения его геохимии. Одной из причин следует считать смену в докембрии восстановительной атмосферы на окислительную кислородную. Океан тесно связан с атмосферой, и это событие неизбежно привело к смене окислительно-восстановительных условий в океане: восстановительная глеевая обстановка в водах сменилась на окислительную.

 

На эволюцию состава океана указывает и эволюция океанических осадков. Только в докембрии в океане осаждались железные руды типа джеспелитов (Кривой Рог, Курская магнитная аномалия), доломиты. В рифее и начале палеозоя широкое распространение получили черные металлоносные илы, давшие начало углеродистым сланцам.

 

Уменьшение содержания углекислого газа в атмосфере влияло и на карбонатное равновесие в океане. А. Б. Ро- нов и другие геохимики доказали увеличение в ходе геологической истории содержания в осадочных породах органического вещества, отношения кальция к магнию, трехвалентного железа к двухвалентному, сульфатной серы к пиритной. От архея до протерозоя в глинах росли концентрации железа, от архея до нижнего палеозоя — калия. В более позднее время и вплоть до современной эпохи содержание калия и железа уменьшалось. Содержание натрия в глинах от архея до нижпего палеозоя уменьшалось, а с нижнего палеозоя увеличивалось. В карбонатных породах уменьшалась роль доломитов (за счет кальцита).

 

В. М. Гольдшмидт подсчитал, что за время геологической истории на каждый килограмм океанической воды | пришлось 600 г изверженной породы, подвергшейся вы- {ветриванию. Ученый рассчитал количество химических элементов, привнесенных в океан за счет выветривания изверженных пород, и сопоставил его с находящимися в настоящее время (8).

 

Согласно А. А. Саукову, в морской воде сохранилось менее 0,1% ртути, которая поступила из изверженных пород. Большая часть атомов этого металла была сорбирована морскими илами, в связи с чем содержание ртути »в глинах и сланцах оказалось почти в 2 раза выше, чем 'в изверженных породах. По А. А. Саукову, избыток рту- |ти в осадочных породах почти точно отвечает ее дефициту в гидросфере.

 

Иные соотношения для элементов, образующих анионы. Как видно из таблицы, содержание бора в воде выше Ва 250%, серы —на 293%, а хлора даже — на 6650%. Кто привело В. М. Гольдшмидта к выводу, что основным источником катионов для океанической воды было выветривание пород материков, а анионы или входили в со- Вртав первичного океана, или поступили в него позднее в результате вулканизма. Этот вывод поддержали А. П. Виноградов и другие геохимики. А. П. Виноградов писал: «Можно определенно утверждать, что вся анионная часть золей океана возникла из продуктов дегазации вулканов, в катионная — за счет разрушения горных пород».

 

Первичный океан, по Гипотезе А. П. Виноградова, образовался в результате дегазации мантии в глубоком архее, свыше 4 млрд. лет навад, когда возникла и. твердая земная кора — продукт выплавления из мантии основных изверженных пород. Биосферы в это время еще не было, кислые вулканические дымы (НС1, HF и др.), растворяясь, определяли сильнокислую реакцию океанических вод. Таким образом, первичный океан был кислым, хлорид- ным, восстановительным. Существуют гипотезы и о щелочной реакции вод первичного океана. Появление в ар- хее биосферы коренным образом изменило геохимию океана. Второй этап истории океана продолжался несколько миллиардов лет — до начала палеозоя. Океан постепенно ^тал окислительным, щелочным, в нем появился сульфат-ион. «Современный», по Виноградову, этап начался в палеозое, для него характерна ведущая роль живого вещества в геохимии океана. Аналогичную картину рисует; и Н. М. Страхов. Первичный «азойский» океан он также считает продуктом дегазации мантии. «Гидросфера была, несомненно, очень кислой, с рН, близким к i—2» . Второй этап — археозойский — продолжался приблизительно 2 млрд. лет — до начала фотосинтеза (2,5— 3,0 млрд. лет назад).

 

Океаническая вода в археозое стала хлоридно-карбонатной, менее кислой. Она еще была восстановительной, так как свободного кислорода в атмосфере не было. Третий этап — протерозойско-рифейский — продолжался до начала палеозоя. Океан стал содержать свободный кислород, в нем появились сульфаты, содержание углекислого газа понизилось, реакция вод приблизилась к нейтральной, воды стали хлоридно-карбонатно- сульфатными.

 

Четвертый этап — исторический — охватывает весь фанерозой, характеризуется еще большим влиянием живого вещества на геохимию океана. В океане понизилось содержание углекислого газа за счет извлечения его организмами (фотосинтез, осаждение карбонатов), вода стала щелочной, хлоридно-сульфатной. Соленость океана, по мнению Н. М. Страхова, уменьшалась в эпохи галогенеза (нижний кембрий, средний девон, пермь) и возрастала в эпохи ослабления галогенеза (нижний карбон, нижняя и средняя юра). Однако зоологи считают, что соленость в фанерозоз менялась незначительво, о чем говорят особенности фаупы. На геохимию океана в. фанерозое должны были влиять" изменение интенсивности вулканизма и оледенения, извлекавшие огромные массы воды (в ледниковые эпохи четвертичного периода уровень Мирового океана понижался на 100 м). Влияло на геохимию океана и понижение содержания углекислого газа в атмосфере и изменение температуры вод.

 

Историческая геохимия океана особенно интересует геологов в связи с проблемой эволюции океанского рудо- образования, так как накопление морских железпых руд, фосфоритов, углеродистых сланцев наиболее энергично происходило в определенные эпохи геологической истории. Важна эта проблема и для биологов в связи с изучением эволюции жизни на Земле. К сожалению, многообразие факторов, влияющих па геохимию океана, недостаточная их изученность не позволили пока построить обоснованную геохимическую историю океана. Это одна пз актуальных задач науки.

 

 



 

К содержанию книги: Геохимия природных вод

 

Последние добавления:

 

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОШЛОЕ ПОДМОСКОВЬЯ   КАЛЕДОНСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ     Поиск и добыча золота из россыпей    ГЕОЛОГИЯ КАВКАЗА    Камни самоцветы